Lua
Lua é o único satélite natural da Terra e o quinto maior do 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. Estima-se que a formação da Lua tenha ocorrido há cerca de 4,51 mil milhões* de anos, relativamente pouco tempo após a formação da 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 outro corpo do tamanho de Marte.
O termo em português Lua tem origem no latim Luna. Outro termo menos comum é selene, derivado do grego antigo selene (Σελήνη), de onde o prefixo "seleno-" (como em selenografia) derivou-se.
Têm sido propostos vários mecanismos para explicar a formação da Lua, a qual ocorreu há 4,527 ± 0,010 mil milhões de anos e entre 30 e 50 milhões de anos após a origem do Sistema Solar. Uma pesquisa recente propõe uma idade ligeiramente mais jovem, entre 4,4 e 4,45 mil milhões* de anos. Entre os mecanismos propostos estão a fissão da Lua a partir da crosta terrestre através de força centrífuga (o que exigiria uma imensa força de rotação da Terra), a captura gravitacional de uma lua pré-formada (o que exigiria uma improvável atmosfera alargada da Terra capaz de dissipar a energia da passagem da Lua) e a formação simultânea da Terra e da Lua no disco de acreção primordial (que não explica o esgotamento de ferro metálico na Lua). Estas hipóteses também não conseguem explicar o elevado momento angular do sistema Terra-Lua. A hipótese que hoje em dia prevalece é a de que o sistema Terra- Lua se formou em resultado de um gigantesco impacto, durante qual um corpo do tamanho de Marte, denominado Theia, colidiu com a recém-formada proto-Terra, projetando material para a sua órbita que se aglutinou até formar a Lua. Modelos de computador do gigantesco cenário de impacto frequentemente afirmam que mais de 60% da lua deveria ser feita de material de Theia, mas a Lua e a Terra são um espelho de uma para a outra em sua composição, lançando dúvidas sobre uma origem principalmente de material lunar extraterrestre e, portanto, a única explicação de impacto. Essa objeção intrigante pode ser resolvida se a lua se formar quando Theia atingir a Terra enquanto ela ainda era jovem e coberta de rocha derretida. Uma teoria de 2017 propõe que a lua é feita de mini-luas. Uma amálgama de mini-luas explica por que a lua tem uma composição química terrestre.
A inclinação axial da Lua em relação à eclíptica é de apenas 1,5424º, muito inferior aos 23,44º da Terra. Devido a isto, a iluminação solar varia muito pouco em função das estações do ano e os elementos topográficos desempenham o principal papel nos efeitos das estações. 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, 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 °C), e na cratera Hermite, no polo norte, registando 26 K. Trata-se da temperatura mais fria alguma vez registada por uma sonda espacial no Sistema Solar, inferior até à da superfície de Plutão.
Estrutura interna
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 240 km de raio e um núcleo externo fluido composto essencialmente por ferro em fusão e 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. 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. 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. Os últimos líquidos a cristalizar teriam inicialmente permanecido entre a crosta e o manto, com elevada abundância de elementos incompatíveis e produtores de calor. De forma consistente com esta hipótese, o mapeamento geoquímico a partir de órbita revela que a crosta é composta principalmente por anortosito, enquanto que as amostras de rocha lunar dos rios 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 do que o da Terra. As análises geofísicas sugerem que a crosta tenha em média 50 km de espessura.
Geologia de superfície
A topografia da Lua tem sido medida através de altimetria laser e análise estereoscópica. A característica topográfica mais proeminente é a Bacia do Polo Sul-Aitken, com cerca de 2 240 km de diâmetro, o que faz dela a maior cratera lunar e a maior cratera conhecida do Sistema Solar. Com 13 km de profundidade, a sua base é o ponto de menor altitude na Lua. Os pontos de maior altitude encontram-se imediatamente a nordeste, tendo sido sugerido que esta área possa ter sido formada através do próprio impacto oblíquo na superfície que deu origem à bacia. As outras bacias de impacto de grande dimensão, como os mares Imbrium, Serenatis, Crisium, Smythii e Orientale, possuem igualmente pouca altitude e orlas elevadas. A face oculta da lua tem uma altitude média cerca de 1,9 km superior à face visível.
Campo gravitacional
O campo gravitacional da Lua tem sido medido através do rastreio do efeito Doppler de sinais de rádio emitidos 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. 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.
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 um campo magnético global dipolar, como aqueles que são gerados pelo geodínamo característico de um núcleo de metal líquido, apresentando apenas magnetização da crosta, provavelmente adquirida muito cedo na sua História quando o geodínamo estava ainda em funcionamento. De acordo com uma hipótese alternativa, alguma da magnetização restante pode ter origem em campos magnéticos transitórios gerados durante grandes eventos de impacto, através da expansão de uma nuvem de plasma gerada por esse impacto na presença de um campo magnético ambiente. Isto é apoiado pela localização aparente das maiores magnetizações da crosta perto dos antípodas das maiores bacias de impacto.
Cauda lunar
A lua é seguida por uma cauda de matéria irradiada. A cauda lunar é feita de átomos de sódio lançados do solo lunar para o espaço por quedas de meteoros e, em seguida, empurrados por centenas de milhares de quilômetros pela radiação solar. A cauda lunar é invisível a olho nu. Durante alguns dias de lua nova a cada mês, no entanto, o feixe se torna visível para telescópios de alta potência que podem detectar o fraco brilho laranja do sódio no céu. O feixe então aparece como um ponto brilhante e difuso no céu oposto ao sol, cerca de cinco vezes o diâmetro da lua cheia e 50 vezes mais escuro do que os olhos humanos podem perceber. Pesquisadores detectaram uma "mancha de sódio" pela primeira vez na década de 1990. Mas, embora o ponto sempre apareça ao mesmo tempo no ciclo lunar, seu brilho varia muito. A câmera do céu inteiro (que pode analisar os comprimentos de onda de luz emitidos por elementos específicos, como o sódio) fez cerca de 21 000 imagens da lua, de 2006 a 2019.
Atmosfera
A atmosfera da Lua é tão rarefeita que pode praticamente ser considerada vácuo, sendo a sua massa total inferior a 10 toneladas. A pressão à superfície desta pequena massa é de cerca de 3 x 10−15 atm (0,3 nPa) e varia ao longo do dia lunar. A atmosfera tem origem na desgaseificação e pulverização catódica – a libertação de átomos do solo lunar provocada pelo bombardeio de iões do vento solar. 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. A ausência de elementos neutros (átomos ou moléculas) como oxigénio, nitrogénio, carbono, hidrogénio e magnésio, que estão presentes no regolito, ainda não é compreendida. A sonda Chandrayaan-1 assinalou a presença de vapor de água em diferentes concentrações de acordo com a latitude, com a concentração maior a ocorrer entre os 60-70º. É provavelmente gerado pela sublimação de gelo no rególito. Estes gases podem regressar ao monólito devido à gravidade ou então perderem-se no espaço, tanto através da radiação solar como, se tiverem sido ionizados, serem levados pelo campo magnético do vento solar.
A Lua é pequena em relação à Terra, com cerca de um quarto do diâmetro do planeta e 1/81 da sua massa. É a maior lua do Sistema Solar proporcionalmente ao tamanho do seu planeta, embora Caronte seja maior em relação ao planeta anão Plutão, com cerca de 1/9 da sua massa. Ainda assim, a Terra e a Lua são 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 1 700 km no interior da superfície da Terra.
Órbita
A Lua descreve uma órbita completa em torno da Terra e 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 Lua demora ligeiramente mais tempo a apresentar a mesma fase lunar, cujo ciclo demora cerca de 29,5 dias (o seu período sinódico). Ao contrário da 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 com mecanismos de interação complexos. Por exemplo, o plano de movimento orbital da Lua roda gradualmente, o que afeta por sua vez outros aspetos do movimento lunar. Estes efeitos são descritos em termos matemáticos pelas leis de Cassini.
Aparência a partir da Terra
A Lua encontra-se em rotação sincronizada, ou seja, o tempo que demora a descrever uma rotação em torno do seu eixo é o mesmo que leva para completar uma órbita à volta da Terra. Isto faz com que tenha praticamente sempre a mesma superfície voltada para a Terra. A Lua já rodou a uma velocidade maior durante a sua formação, mas ao longo do período inicial da sua história a sua velocidade foi diminuindo e sincronizou-se nesta orientação em resultado de efeitos de fricção associados a deformações da força de maré provocadas pela Terra. O lado da Lua voltado para a Terra é denominado "face visível" ou "lado visível", e o oposto é denominado "face oculta ou "lado oculto". A face oculta é por vezes denominada "lado negro", embora na realidade seja tão iluminada quanto a face visível: uma vez a cada dia lunar.
Cada uma das quatro fases intermediárias da Lua dura, em média, cerca de sete dias (aproximadamente 7,38 dias), mas essa duração pode variar cerca de ±11% devido à mudança na distância entre a Lua e a Terra, entre o apogeu (ponto mais distante) e o perigeu (ponto mais próximo). O número de dias desde a lua nova mais recente é chamado de idade da Lua. Um ciclo completo das fases lunares é conhecido como lunação. A idade e a fase aproximadas da Lua para qualquer data podem ser calculadas determinando o número de dias desde uma lua nova conhecida (por exemplo, 1º de janeiro de 1900 ou 11 de agosto de 1999) e dividindo esse valor pelo comprimento médio de um mês sinódico (29,53059 dias). O restante da divisão representa a idade da Lua. Esse método assume uma órbita perfeitamente circular e não considera o horário exato da lua nova, portanto, os resultados podem ter uma diferença de algumas horas. A precisão diminui à medida que a data se afasta da data de referência.
Efeitos nas marés
As marés na Terra são essencialmente provocadas pela variação de intensidade da força gravitacional da Lua de um lado para o outro do planeta, a qual é denominada força de maré. Isto forma duas dilatações de maré na Terra, mais facilmente observáveis em alto mar na forma de marés oceânicas. Uma vez que a Terra gira em torno de si própria 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, completando uma rotação em volta da Terra por dia, à medida que roda no seu eixo. As marés oceânicas são ainda 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. A atração gravitacional do Sol nos oceanos da Terra é de cerca de metade da Lua, sendo a interação entre ambas a responsável pela mudança das marés.
Eclipses
Os eclipses ocorrem apenas quando o Sol, a Terra e a 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 esse maior afastamento que por coincidência faz com que tenha o mesmo tamanho aparente da Lua, muito mais próxima 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). Durante um eclipse total, a Lua cobre por completo o disco solar e a coroa solar torna-se visível a olho nu. Uma vez que a distância entre a Lua e a Terra aumenta muito devagar ao longo do tempo, 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.
Antiguidade e Idade Média
O desenvolvimento da astronomia teve início com a necessidade de se compreender os ciclos lunares. Por volta do século V a.C., os astrónomos babilónicos tinham já registado o ciclo de Saros dos eclipses lunares, que decorria ao longo de dezoito anos, enquanto que astrónomos indianos tinham já descrito o alongamento mensal da Lua. O astrónomo chinês Shi Shen (séc. IV a.C.) forneceu instruções sobre como prever eclipses solares e lunares. 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. 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 do reflexo da luz do Sol. O teórico chinês Jing Fang (78–37 a.C.) descreveu a forma esférica da Lua. No século 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 Āryabhaṭīya que a luz do Sol refletida é o que provoca o brilho da Lua. 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.
Exploração direta
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, 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.
Astronomia
Há vários anos que a Lua é vista como um excelente local para a instalação de telescópios, apresentando vantagens em relação a observações efetuadas a partir da superfície terrestre ou de telescópios colocados em órbita. Além do fato de estar relativamente próximo à Terra, um observatório na superfície lunar não sofreria a influência da atmosfera, já que a camada de gases que envolve a Lua é extremamente rarefeita. A gravidade lunar, substancialmente menor que a terrestre, permitirá a colocação de estruturas de maior porte. Outra vantagem seria a ocorrência natural, nas crateras polares, das baixas temperatura necessárias para a operação de telescópios infravermelhos. Além disso, os radiotelescópios no lado oculto estariam protegidos das ondas de rádio provenientes da Terra. O solo lunar, embora constitua um problema para as partes móveis de telescópios, pode ser misturado com nanotubos de carbono e resina epóxi na construção de espelhos de até 50 metros de diâmetro. Um telescópio lunar zenital pode ser feito de forma barata com líquido iónico. Contudo, a maior dificuldade a ser superada refere-se aos custos e às dificuldades técnicas de se transportar e colocar grande quantidade de equipamento na superfície lunar, o que faz com que estes projetos sejam ainda inviáveis. Em abril de 1972, a missão Apollo 16 obteve diversas imagens e espectros ultravioleta através do Far Ultraviolet Camera/Spectrograph, inclusive da Terra.
Estatuto jurídico
Embora os veículos do Programa Luna tenham espalhado pela Lua bandeirolas da União Soviética e os astronautas norte-americanos tenham hasteado simbolicamente bandeiras nos locais de pouso das missões Apollo, nenhuma nação reivindica atualmente a posse de qualquer área da superfície lunar. Tanto a Rússia como os Estados Unidos assinaram em 1967 o Tratado do Espaço Exterior, o qual define a Lua e todo o espaço enquanto "província de toda a humanidade". Este tratado também restringe o uso da Lua para fins pacíficos, proibindo explicitamente instalações militares e armas de destruição em massa. O Tratado da Lua de 1979 foi criado no sentido de proibir a exploração dos recursos da Lua por parte de um único país, mas não foi assinado por nenhuma das nações com tecnologia espacial. Apesar de várias pessoas terem feito reivindicações territoriais sobre a Lua, no todo ou em parte, nenhuma é considerada credível.
As fases regulares da Lua fazem dela um relógio bastante conveniente e o intervalo entre os quartos crescente e minguante constitui a base de muitos dos calendários da antiguidade. Alguns dos ossos entalhados pré-históricos, datados de entre 20 e 30 mil anos atrás, são considerados por alguns historiadores uma forma de marcação das fases da lua. O mês de 30 dias é uma aproximação ao ciclo lunar. Antes da introdução do calendário solar, os povos germânicos usavam o calendário germânico, um tipo de calendário lunar. O substantivo inglês month e os seus cognatos em outras línguas germânicas têm origem no proto-germânico *mǣnṓth-, o qual é relativo a *mǣnōn. A mesma raiz indo-europeia de moon está na origem dos termos em latim measure e menstrual, palavras que ecoam a importância da Lua para muitas culturas antigas na medição do tempo (como as palavras mensis, em latim, e μήνας (mēnas), em grego antigo, que significam "mês").
