La luna ha fascinado a la humanidad a través de los tiempos. Mediante la simple observación con el ojo desnudo, uno puede distinguir dos grandes tipos de terrenos: las mesetas relativamente brillantes y las llanuras más oscuras. A mediados del siglo XVII, Galileo y otros astrónomos tempranos realizaron observaciones telescópicas, notando un solapamiento casi infinito de cráteres. Se ha sabido también durante más de un siglo que la Luna es menos densa que la Tierra. Aunque se han averiguado muchas cosas sobre la Luna antes de la edad espacial, esta nueva era ha revelado muchos secretos dificilmente imaginables antes de esta época. El conocimiento actual de la Luna es mayor que el del resto de los objetos del Sistema Solar exceptuando la Tierra. Esto conduce a una mayor comprensión de los procesos geológicos y una mejor apreciación de la complejidad de los planetas terrestres.
El 20 de Julio de 1969, Neil Armstrong se convirtió en el primer hombre que pisón la Luna. Fue seguido por Edwin Aldrin, ambos pertenecientes a la misión Apollo 11. Ellos y otros caminantes lunares experimentaron los efectos de la falta de atmófera. Se emplearon las comunicaciones por radio ya que las ondas de sonido sólo pueden ser oídas cuando viajan a través de un medio como el aire. El cielo lunar es siempre negro debido a que la difracción de la luz requiere la presencia de una atmósfera. Los astronautas también experimentaron la diferencia gravitacional. La gravedad lunar es un sexto de la gravedad terrestre; un hombre que pese unos 82 kilogramos (180 libras) en la Tierra, pesará sólo 14 kilogramos (30 libras) en la Luna.
La Luna está a 384,403 kilómetros (238,857 millas) de la Tierra. Su diámetro es 3,476 kilómetros (2,160 millas). Tanto la rotación de la Luna como su revolución alrededor de la TIerra duran 27 días, 7 horas y 43 minutos. Esta rotación síncrona está causada por la distribución asimétrica de la masa de la luna, lo que ha permitido a la gravedad terrestre mantener un hemisferio lunar permanentemente girado hacia la Tierra. Las liberaciones ópticas han sido observadas mediante telescopios desde mediados del siglo XVII. Liberaciones muy pequeñas pero reales (máximo aproximado de 0°.04) son causadas por el efecto de la gravedad solar y la excenctricidad de la órbita terrestre, perturbando la órbita de luna y permitiendo la preponderancia cíclica del momento torsor en las direcciones norte-sur y este-oeste.
Cuatro estaciones sísmicas alimentadas por energía nuclear fueron instaladas durante el proyecto Apollo para recoger datos sobre el interior de la Luna. Sólo existe una actividad tectónica residual debida al enfriamiento y a la acción de las mareas, pero otros lunamotos han sido causados por impactos de meteoros y objetos artificiales, como la destrucción deliberada del Módulo Lunar contra la superficie lunar. Los resultados obtenidos han demostrados que la Luna tiene una corteza de unos 60 kilómetros (37 millas) de espesor en el centro de lado cercano. Si esta corteza es uniforme en toda la Luna, constituiría el 10% del volumen lunar comparados con menos del 1% de la Tierra. Las determinaciones sísmicas de la existencia de una corteza y un manto en la Luna indican que se trata de una planeta estratificado con diferencicación por procesos ígneos. No hay evidencia de la existencia de un núcleo rico en hierro si no es pequeño. La información sísmica ha influido en las teorías sobre la formación y evolución de la Luna.
La Luna fue fuertemente bombardeada en su historia temprana, lo que originó que muchas de las rocas originales de la antigua corteza se mezclaran, fundieran, enterraran o desaparecieran. Los impactos meteóricos aportaron una gran variedad de rocas "exóticas" a la Luna, de tal forma que las muestras obtenidas en sólo 9 de las zonas produjeron muchos tipos diferentes de rocas para su estudio. Los impactos también sacaron a la luz rocas lunares situadas a gran profundidad y distribuyeron sus fragmentos sobre amplias zonas alejadas de su origen, haciéndolas más accesibles. La corteza subyacente fue también adelgazada y fragmentada, permitiendo que el basalto fundido del interior alcanzara la superficie.
Como la Luna no tiene ni atmósfera ni agua, los componentes de los suelos no se deterioran químicamente como lo harían en la Tierra. Rocas con más de 4,000 millones de años todavía existen allí, permitiendo la obtención de información sobre la historia temprana del sistema solar que no está disponible en la Tierra. La actividad geológica en la Luna consiste en un grandes impactos ocasionales y la formación continua de los regolitos. Sin embargo, se considera que está geológicamente muerta. Con una historia temprana tan activa de bombardeo y un final relativamente abrupto de los grandes impactos, la Luna se considera fosilizada en el tiempo.
Los Apollo y el resto de misiones lunares han vuelto a la Tierra con 382 kilogramos (840 libras) de rocas y suelos. A partir de estos se han estudiado tres grandes tipo de materiales superficiales: los regolitos, los mares y las terrazas. El bombardeo de micrometeoritos ha pulverizado concienzudamente las rocas superficiales produciendo unos detritus de grano fino denominados regolitos. Los regolitos, o suelo lunar, son granos minerales no consolidados, fragmentos de roca y una combinación de estos que han sido soldados en forma de cristal por los impactos. Se puede encontrar sobre toda la superficie lunar, con la excepción de las paredes inclinadas de los valles y cráteres. Tienen de 2 a 8 metros (7 a 26 pies) de espesor en los mares y puede sobrepasar los 15 metros (49 pies) en las terrazas, dependiendo del tiempo que haya estado expuesta la roca subyacente al bombardeo de meteoritos.
Los oscuros mares, con relativamente pocos cráteres, cubren aproximadamente el 16% de la superficie lunar y se concentran en el lado cercano de la Luna, principalmente dentro de las cuencas de impacto. Esta concetración podría ser debida al hecho de que el centro de masas de está desplazado de su centro geométrico unos 2 kilómetros (1.2 millas) en dirección a la Tierra, probablemente debido a que la corteza es más gruesa en el lado oscuro. Es posible, por lo tanto, que los magmas de basalto procedentes del interior hayan alcanzado facilmente la superficie en el lado cercano. pero encotraron dificultades en el lado lejano. Las rocas de los mares son basaltos y la mayoría tiene una edad que va de 3,100 a 3,800 millones de años. Algunos fragmentos en las brechas de las mesetas tienen una edad de 4,300 millones de años y las fotografías de alta resolución sugieren que algunos flujos en los mares rodean cráteres jóvenes y, por lo tanto, podrían tener una edad de 1,000 millones de años. Los mares tienen un espesor medio de pocos cientos de metros pero son tan masivos que frecuentemente deforman la corteza subyacente lo que produce depresiones parecidas a fallas y cordilleras levantadas.
Las mesetas relativamente brillantes, cuibertas de cráteres son llamadas terrazas. Los cráteres y cuencas de las mesetas se forman por los impactos de meteoritos y son, por lo tanto, más viejos que los mares, habiendo acumulado más cráteres. El tipo de roca dominante en esta región contiene altos índices de feldespato plagioclásico (un mineral rico en calcio y aluminio) y son mezcla de fragmentos brechados por los impactos de meteoritos. La mayoría de las brechas de las terrazas están compuestas por fragmentos de brechas todavía más viejos. Otras muestras de las terrazas son las rocas cristalinas de grano fino formadas por fusión de impacto debido a las altas presiones que se generan en los impactos. Casi todas las brechas de las terrazas y la masa fundida por los impactos se formó hace 3,800 o 4,000 millones de años. El intenso bombardeo empezó hace 4,600 millones de años, que es la edad estimada del origen de la Luna.
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