Il sistema solare parte seconda

Fa quasi rabbia non ricordare avvenimenti che riteniamo importanti. Ovviamente sto parlando dei lettori maschi, perché le lettrici femmine sono sicuro che ricordino TUTTO, perché per le donne tutto è importante.

Ad esempio, non ricordo il primo giorno di scuola, anche se avevo già sei anni e dovrei poterlo ricordare. Una cosa che sicuramente non ricordo, e mi dispiace, è quello che avvenne il 20 luglio del 1969 (avevo nove mesi, ma poi subentrano i ricordi di mia madre con l’episodio del soprammobile in pezzi, ma questa è un’altra storia…): è il giorno dell’uomo sulla Luna.

48 anni fa Neil Armstrong scendeva la scaletta del modulo spaziale e lasciava la sua impronta sul nostro satellite. E io non lo ricordo…

In “Il sistema solare – parte prima” ho iniziato a parlare del Sole e della sua importanza per la Terra. Un altro astro che è molto importante per la Terra è proprio il suo satellite, la Luna.

Quando Mikołaj Kopernik (in italiano Niccolò Copernico, in latino Nicolaus Copernicus, 1473-1543), astronomo e astrologo polacco, mise il Sole al centro del sistema solare, solo la Luna conservò un rapporto subordinato con la Terra (eh, sì, mio giovane lettore, gli antichi pensavano che la Terra fosse al centro dell’Universo, ma ne parlerò poi).

La Luna è l’unico satellite della Terra e le orbita a una distanza di circa 384.400 km (1,28 secondi luce), compiendo un giro completo in 27 giorni, 7 ore, 43 minuti e 11 secondi rispetto alle stelle (mese sidereo o siderale). Per una questione che tratterò dopo, la Luna compie un giro intorno al proprio asse esattamente nello stesso periodo, e questa sincronia comporta che ci presenti sempre lo stesso lato (provate con due oggetti sferici, fate ruotare uno dei due intorno all’altro, in modo che il “ruotante” mostri sempre la stessa faccia al “centrale”: se prendete i tempi per girare intorno e su sé stesso, saranno uguali).

Però la Luna, trascinata dal moto intorno alla Terra, gira anche intorno al Sole. Questo comporta un disallineamento, che la Luna compensa in circa 2 giorni e mezzo. Il mese sinodico o lunare è l’intervallo tra due allineamenti uguali Luna-Sole (opposizioni o congiunzioni) e dura 29 giorni, 12 ore, 44 minuti e 3 secondi.

Se la Terra restasse ferma rispetto al Sole,i due mesi coinciderebbero:invece nei 27 giorni e rotti impiegati dalla Luna per compiere una rivoluzione completa di 360° (13,3°/giorno), la Terra si è spostata di 27° attorno al sole (1°/giorno); la Luna perciò risulterà allineata con una stella fissa presa come riferimento all’inizio della rivoluzione ma non sarà ritornata nella posizione di novilunio da cui era partita: deve quindi descrivere un angolo di 27° per riportarsi in linea con Sole e con la Terra.

Nell’antichità, il mese sinodico era sicuramente più importante del mese sidereo, perché quel disallineamento fa sì che la faccia che noi vediamo venga illuminata dal Sole con angolazioni sempre differenti, tanto da denominare la successione come “fasi della Luna”. All’inizio del mese, la Luna è a est del Sole e appare come una falce sottilissima (fase detta “primo quarto”). Da una notte all’altra, allontanandosi dal Sole, la falce si allarga (“luna crescente”), finché, raggiungendo la parte di cielo opposta al Sole, la Luna viene illuminata per intero.

Questa fase viene detta “Luna piena” e rende la Luna l’oggetto di gran lunga più luminoso del cielo notturno.

A quel punto il ciclo si inverte (“luna calante”), fino ad arrivare ad una piccola falce dalla parte opposta alla prima (“ultimo quarto”). E quando il ciclo ricomincia, per gli antichi la cosa era così sbalorditiva che pensavano ci fosse ogni volta un nuovo pianeta in cielo, da cui è rimasta la denominazione della fase di “luna nuova”.

L’intero ciclo, detto appunto mese sinodico, era così importante che fu la base dei primi calendari dell’umanità.

fasilunari3

C’è ancora un caso diverso dai precedenti: ogni tanto il Sole e la Luna si trovano in opposizione rispetto alla Terra, così che la luce del Sole viene intercettata dalla Terra stessa e non raggiunge la Luna. Questa viene chiamata Eclissi. Non è possibile confonderla con la Luna nuova poiché l’eclissi avviene durante la fase di Luna piena.

schemaeclisse

Ehi, un attimo! Facciamo un passo indietro. Nel primo disegno si vede che la parte opposta alla Terra viene illuminata! Quindi non è corretto chiamarla “faccia oscura della Luna” come dicevano i Pink Floyd, quanto piuttosto “faccia nascosta della Luna”!

Tornando a noi, dicevo che la distanza media Luna-Terra è 384.403 chilometri. Media perché essendo l’orbita ellittica, e non trovandosi la Terra al centro di tale ellisse, ma in uno dei due fuochi, la Luna passa da una distanza minima (perigeo, dal greco περίγειος, perìgheios, “che sta intorno o presso alla terra”, composto di περι, peri, “intorno” e γῆ, ghè, “terra”) di 363.300 chilometri ad una massima (apogeo, sempre dal greco ἀπόγειος, apògheios, “lontano dalla terra”, composto di ἀπό, apò, “da” e γῆ, ghè, “terra”) di 405.500 chilometri, che comunque, in termini astronomici è davvero vicino.

Il diametro della Luna è di 3.476 chilometri, cioè 3,65 volte minore di quello terrestre e 412 volte minore di quello del Sole. Casualmente, la distanza del Sole dalla Terra è circa 390 volte la distanza media della Luna, cosicché i due corpi, pur avendo misure reali così differenti, visti dalla Terra appaiono di grandezza quasi uguale.

Ma vediamo perché la Luna mostra alla Terra sempre la stessa faccia.

Due corpi gravitazionalmente legati risentono delle cosiddette forze di marea che tendono a “stirarli” in direzione della loro congiungente. La forza di marea che la Terra esercita sulla Luna causa una deformazione del nostro satellite, che dunque non è una perfetta sfera ma un ellissoide leggermente allungato in direzione della Terra (lo scarto rispetto al raggio medio di 1.738 km ammonta a soli 4 km). Il sincronismo tra il periodo di rotazione della Luna e quello di rivoluzione del nostro satellite intorno alla Terra è proprio una conseguenza di questo fatto.

Infatti il rigonfiamento della Luna viene attratto in direzione del centro della Terra, come si vede in figura. Se la Luna ruotasse un po’ più velocemente (sopra) il rigonfiamento sarebbe attratto “all’indietro” e quindi la rotazione rallenterebbe; se ruotasse un po’ più lentamente (sotto) il rigonfiamento stavolta verrebbe attratto “in avanti” e dunque la rotazione accelererebbe. Questo spiega anche che tale sincronismo è stabile rispetto a perturbazioni esterne, come ad esempio la caduta di una meteorite sulla Luna. Dunque la Luna è costretta a mostrare sempre la stessa faccia alla Terra, ovvero il periodo di rotazione coincide con quello di rivoluzione.

Accoppiamento Terra Luna 1

Tale forma di stabilizzazione della rotazione, in cui l’asse maggiore del satellite viene allineato con il campo gravitazionale del corpo attorno a cui orbita, viene detto stabilizzazione a gradiente di gravità e viene usato anche in campo aerospaziale per stabilizzare i satelliti (ad esempio il sistema Shuttle-Tethered).

L’accoppiamento mareale tra il periodo di rotazione e di rivoluzione intorno al pianeta è stato riscontrato oltre che nel sistema Terra-Luna, anche nei principali satelliti di Giove e Saturno. Questo deriva dal fatto che l’intensità della coppia mareale (il sistema di forze responsabile del sincronismo) varia con l’inverso della sesta potenza della distanza, e dunque è rilevante solo per i satelliti più vicini al pianeta.

Simmetricamente la forza di marea che la Luna esercita sulla Terra deforma la massa di acque, che essendo liquida offre meno resistenza. Dato che però la Terra ruota, tale rigonfiamento viene trascinato nella direzione della rotazione terrestre, come si vede in figura.

Accoppiamento Terra Luna 2

Che effetto ha questo sulla dinamica del sistema Terra-Luna? L’attrazione che la Luna esercita sul rigonfiamento delle acque degli oceani agisce esattamente come un freno. Il cerchio rosso tra la Terra e gli oceani sta appunto ad indicare che lì c’è attrito e viene dissipata dell’energia. Per questo motivo la rotazione della Terra rallenta, lentamente ed inesorabilmente, al ritmo di 1,46 millisecondi per secolo. D’altra parte questo rigonfiamento attira la Luna nella direzione del suo moto, questo aumenta la sua velocità e conseguentemente la dimensione dell’orbita. Il risultato è che la Luna si allontana dalla Terra di circa 3,8 cm all’anno (38 millimetri).

L’allungamento della durata del giorno terrestre e l’allontanamento della Luna avrà termine quando sarà stata raggiunta la condizione di stazionarietà, cioè 1 giorno terrestre = 1 lunazione.

A quell’epoca il giorno terrestre durerà quanto 47 giorni attuali, la Luna disterà dalla Terra 480.000 km e apparirà fissa nel cielo, e dunque visibile da un solo emisfero terrestre. Questo scenario però è soltanto ipotetico: saranno necessarie parecchie decine di miliardi di anni affinché questo avvenga, ma sappiamo che il Sole entrerà nella fase finale della sua vita “solo” fra quattro miliardi di anni.

La prossima volta parlerò degli altri pianeti che ci fanno compagnia, a meno di non avere la “Luna storta”!

5 pensieri su “Il sistema solare parte seconda

  1. Però in effetti “sarebbe bello” poter vivere con un tasto “fast/forward” le emozioni spaziali che capiteranno fra molti milioni/miliardi di anni, come per esempio l’avvicinamento e la congiunzione tra la galassia di Andromeda e la Via Lattea, oltre che ovviamente le modifiche delle distanze Terra/Luna e le conseguenze di ciò.
    Peccato.

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  2. Gianluca di Castri ha detto:

    Ipoteticamente, quando un giorno terrestre durerà 47 giorni, ammettendo che all’epoca la Terra sia ancora popolata da esseri umani, come potrebbe essere articolata una giornata? Quante ore di sonno, quanti pasti, quale orario di lavoro? Ecco uno spunto da tenere in considerazione per scrivere un romanzo di fantascienza ambientato in quell’epoca.

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