Perché la Luna ruota su se stessa con lo stesso periodo in cui ruota attorno alla terra? so che questa sincronizzazione è comune anche ad alcuni altri satelliti dei pianeti del sistema solare, ma ciò non si verifica con tutti. Come mai?

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.

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.

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 (fonte
NASA).

L’allungamento
della durata del giorno terrestre e l’allontanamento della Luna avrà termine
quando sarà stata raggiunta la condizione di stazionarietà:

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 due miliardi di anni.

 

5 comments

  1. Spiegazione eccellente, grazie…..ma quindi, se non ho fatto errori di calcolo, questo vuol dire che quando sulla Terra sono apparsi i dinosauri, circa 240 milioni di anni fa, la durata del giorno era inferiore di un’ora circa rispetto ad oggi?

  2. Mi sono fatto spesso la domanda ed io spiegherei l’avvento della sincronia in un modo diverso, molto più semplice ed intuitivo.
    La luna è un corpo celeste formato ovviamente da molti elementi dalle diverse caratteristiche che formano una sfera in cui il centro di massa non corrisponde al centro di attrazione gravitazionale.
    L’esempio si può fare con una palla in legno galleggiante ma con il baricentro di volume non corrispondente al baricentro di peso: se messa in acqua ruoterà per un certo tempo avanti ed indietro fino a che si fermerà quando il baricentro di peso sarà esattamente sotto al baricentro del volume, come fanno i natanti.
    La luna, allo stesso modo, ha un primo baricentro del suo corpo che segue le regole orbitali mentre il baricentro di attrazione terrestre, un poco discosto da esso, si è nel tempo stabilito saldamente tra il primo e la terra ripetendo ciò che avviene sia con la sfera presa ad esempio che con qualsiasi natante.
    Chissà se sono riuscito a spiegarmi ?
    Saluti comunque a tutti.

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