La Luna, i suoi moti e i moti della Terra

Secondo Newton, tutti i corpi si attraggono con una forza gravitazionale direttamente proporzionale alle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza. La Terra ha una massa molto maggiore e per questo tiene la Luna in orbita. La Luna ha una forza di attrazione debole, circa un sesto di quella terrestre, e non ha trattenuto i gas necessari per formare un'atmosfera. Per questo l'escursione termica tra giorno e notte è molto ampia, da circa +100 °C a circa -150 °C, il cielo è nero anche di giorno e i corpi che cadono dalla stessa altezza toccano il suolo insieme, perché non c'è attrito con l'aria. La superficie appare grigio-argentea per la luce solare riflessa dalla polvere e non è uniforme: le terre sono regioni chiare con rilievi, catene montuose, solchi e crateri da meteoriti; i mari sono regioni scure, pianeggianti e asciutte, con pochi crateri.

La Luna ruota su se stessa e gira intorno alla Terra, entrambe le volte in senso antiorario, da ovest verso est. Insieme alla Terra compie anche la traslazione intorno al Sole. Rotazione e rivoluzione durano lo stesso tempo, poco meno di 27 giorni e 8 ore (27g 7h 43' 12''), quindi rivolge sempre la stessa faccia alla Terra e l'altra resta nascosta. L'orbita è un'ellisse con la Terra in un fuoco: la distanza è massima all'apogeo e minima al perigeo. Un'ipotesi condivisa da molti scienziati sostiene che la Luna si sia formata dopo l'urto tra la Terra primordiale e un corpo grande più o meno come Marte, chiamato Theia. L'impatto avrebbe lanciato in orbita frammenti rocciosi, solidi, fusi o vaporizzati, che si sarebbero ricompattati a formare il satellite.

Le fasi lunari sono i diversi aspetti della Luna e dipendono dalla sua posizione lungo l'orbita rispetto alla Terra e alla luce del Sole. Nel novilunio la Luna sta tra Sole e Terra e ci mostra l'emisfero non illuminato, quindi è invisibile. Nel plenilunio appare intera, anche se vediamo sempre circa metà della superficie. Nelle quadrature Luna, Terra e Sole formano un triangolo rettangolo con la Terra sull'angolo retto, e vediamo circa un quarto della superficie lunare (primo e ultimo quarto). In rari casi i tre corpi sono perfettamente allineati e Luna e Terra si fanno ombra: si ha allora un'eclissi. Luna e Terra sono corpi opachi. Con la Luna tra Terra e Sole c'è un'eclissi di Sole, in cui il Sole è nascosto totalmente o in parte. Con la Terra tra Luna e Sole c'è un'eclissi di Luna, in cui la Luna è nel cono d'ombra terrestre, in opposizione al Sole e dunque in fase di plenilunio. Le maree sono variazioni periodiche del livello del mare, alta e bassa marea, due volte al giorno a intervalli di circa sei ore. Dipendono dall'attrazione gravitazionale di Luna e Sole: la Luna, pur piccola, è molto vicina e attrae più del Sole, che ha massa maggiore ma è molto più lontano.

La presenza dell'atmosfera rende graduale il passaggio dalla notte al giorno: l'alba, seguita da aurora e sorgere del Sole, e il tramonto, seguito dal crepuscolo. La Terra compie la rivoluzione intorno al Sole in senso antiorario, su un'orbita ellittica con il Sole in un fuoco, nel piano chiamato eclittica. Il giro dura un anno, circa 365 giorni e 6 ore. Le ore in più si recuperano ogni 4 anni con gli anni bisestili di 366 giorni, con il 29 febbraio, soluzione già adottata da Giulio Cesare nel 46 a.C. L'asse terrestre forma con l'eclittica un angolo di 66°33'. Questa inclinazione, combinata con la rivoluzione, determina l'illuminazione diversa della superficie nell'anno e quindi le stagioni, le differenze di temperatura con la latitudine, che originano i climi diversi, e le diverse altezze del Sole sull'orizzonte, quindi la durata variabile di dì e notte.