Come forse sai, la causa della sicronizzazione tra il periodo di rotazione e quello di rivoluzione di un corpo celeste sono le forze di marea che si instaurano tra di esso ed il corpo intorno a cui ruota.
Vediamo di riassumere brevemente il fenomeno; in questa discussione descriverт per semplicitа ciò che accade tra la Terra e la Luna, essendo peraltro un caso esemplare, ma è evidente che si possa generalizzare ad una qualsiasi coppia di corpi mutuamente orbitanti.
La faccia più vicina della Luna sente un’attrazione gravitazionale maggiore di quelle più distante, dato che la forza di gravità decresce col quadrato della distanza. Questa “forza di marea” è proporzionale al differenziale, rispetto alla distanza stessa, della forza di gravitа, cioè varia come Mt/r3, dove Mt è la massa della Terra ed r la distanza tra i centri dei due corpi.
Questa forza dà luogo a una deformazione della Luna e ad una coppia torcente, che tende a sincronizzare il periodo orbitale con quello di rotazione. A causa della conservazione del momento angolare, il cambiamento nel periodo orbitale dalla Luna si riflette in un cambiamento nel momento angolare Terra-Luna; in altre parole la Terra si allontana dalla Luna. In particolare, quando i due periodi vengono a coincidere, la coppia torcente si annulla e la Luna rimane con la stessa faccia rivolta verso la Terra.
Nel contempo avviene un fatto analogo sulla Terra: la forza di marea della Luna tende a rallentare il periodo di rotazione della Terra, e far allontanare nel contempo ulteriormente i due corpi.
Le forze di marea hanno altri effetti: per esempio, anche quando, come nel caso della Luna, la sincronizzazione è già avvenuta, il fatto che la sua orbita sia leggermente ellittica dà luogo a forze di marea “secondarie” a causa della librazione e del cambiamento di distanza rispetto alla Terra. Questo instaura delle tensioni all’interno del corpo, che tende a riscaldarsi. In pratica l’energia orbitale, dovuta all’orbita non circolare, si converte in calore che poi si dissipa nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche (radiazione infrarossa).
Dunque le forze di marea tendono a circolarizzare le orbite dei satelliti (e dei pianeti) dissipando parte dell’energia orbitale in calore.
Un esempio di quest’ultimo fenomeno è dato dal satellite Io che, a causa della vicinanza con Giove, subisce forze di marea così intense da sperimentare attivitа sismica e vulcani attivi praticamente a ciclo perenne, a causa dell’intenso calore generato al suo interno.
Ora, per riassumere, le forze di marea che agiscono su un pianeta dipendono:
- dalla massa del corpo attorno a cui gira
- dalla distanza orbitale
- dalle caratteristiche fisiche (densità, viscosità, …) del pianeta stesso.
Il caso della Terra è un esempio perfetto: siccome la Terra è più massiccia della Luna, la Luna subisce una forza di marea maggiore ed ha giа raggiunto la sincronia tra rotazione e rivoluzione. Viceversa, siccome la Luna è meno massiccia, e siccome la Terra possedeva maggiore momento angolare, essa sta ancora rallentando. Mano a mano, inoltre, che Terra e Luna si allontanano, l’effetto tende a svanire molto rapidamente (lo fa, come visto, col cubo della distanza!), per cui, stando ai modelli e alle prove sperimentali, si sa che la fine del sistema solare avverrà prima che si sia raggiunta la sincronia della Terra.
A questo punto è possibile rispondere alla domanda: tutti i pianeti subiscono forze di marea da parte del Sole, che tenderebbero a sincronizzarne rotazione e rivoluzione, ma a causa della grande distanza dalla stella centrale, queste forze sono così piccole da avere poca influenza.
Solo nel caso di Mercurio, il pianeta più interno, il fenomeno ha una certa rilevanza; infatti esso ruota con un periodo che è esattamente 2/3 del periodo di rivoluzione. E’ stato dimostrato che, a causa dell’elevata eccentricità della sua orbita, questa situazione è molto stabile e tende a mantenersi. Inoltre la circolarizzazione della sua orbita per effetti di marea è così lenta da potersi aspettare che la situazione non cambierà in futuro.