Perché un giorno dura 24 ore sulla Terra e qual è stato il fattore che ha impedito che fosse di 60 ore?
La lunghezza del giorno sulla Terra non è stata costante nel corso della storia geologica del pianeta. La formazione della Luna, e l'attuale distanza che persiste ancora oggi, rallentano a tal punto la rotazione terrestre che il giorno dovrebbe avere non meno di 60 ore. Ma perché non succede?
Quando la Luna si è formata circa 4,5 miliardi di anni fa, era molto più vicina alla Terra di quanto non lo sia ora, e il nostro pianeta ruotava molto più velocemente, con una durata del giorno inferiore a 10 ore. Da allora, la Luna si è gradualmente allontanata da noi, rubando parte del momento angolare terrestre, con il risultato che la rotazione del nostro pianeta rallenta.
Oggi, come tutti sappiamo, un giorno sulla Terra dura 24 ore. Tuttavia, alla velocità con cui la Luna si sta allontanando da noi (3,78 centimetri all'anno secondo esperimenti che utilizzano riflettori laser lasciati sulla Luna dagli astronauti dell'Apollo), il nostro pianeta avrebbe dovuto rallentare al punto da avere non meno di 60 ore invece di 24.
Quindi cosa ha rallentato il rallentamento?
Gli astronomi dell'Università di Toronto e dell'Università di Bordeaux, guidati da Hanbo Wu, hanno determinato che da circa 2 miliardi di anni fa a 600 milioni di anni fa, una marea atmosferica guidata dal Sole ha contrastato l'effetto della Luna, mantenendo costante la Terra velocità di rotazione e durata del giorno in 19,5 ore.
Sulla base di prove geologiche e utilizzando strumenti di ricerca atmosferica, gli scienziati hanno dimostrato che lo stallo delle maree tra il Sole e la Luna era il risultato di un legame fortuito, ma enormemente importante, tra la temperatura dell'atmosfera e la velocità di rotazione della Terra.
Lo studio che descrive il risultato, "Perché il giorno dura 24 ore; la storia della marea termica atmosferica della Terra, la composizione e la temperatura media", è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
L'attrazione del Sole e della Luna e l'influenza sulla Terra nel corso della storia
La Luna rallenta la rotazione terrestre attirando gli oceani, creando rigonfiamenti di marea sui lati opposti del pianeta che sperimentiamo attraverso le alte e basse maree marine. L'attrazione gravitazionale della Luna su questi rigonfiamenti, oltre all'attrito tra le maree e il fondo dell'oceano, agisce come un freno alla rotazione del nostro pianeta.
Te presento La fuerza gravitacional de la luna, por sobre las mareas en la Tierra. Ellas atraen los océanos y produce que se abulte ligeramente nuestro planeta provocando los cambios en el nivel del mar. pic.twitter.com/keWCnTMdDP
— InfoSismologic (@EarthquakeChil1) December 4, 2022
La luce solare produce anche una marea atmosferica con lo stesso tipo di rigonfiamenti. Ma invece di rallentare la rotazione terrestre come fa la Luna, la accelera. Per la maggior parte della storia geologica della Terra, le maree lunari hanno superato quelle solari di circa dieci volte; da qui la diminuzione della velocità di rotazione della Terra e l'allungamento dei giorni.
Cosa è cambiato circa 2 miliardi di anni fa?
Ma circa 2 miliardi di anni fa, i rigonfiamenti atmosferici erano più grandi perché l'atmosfera era più calda e perché la loro risonanza naturale - la frequenza con cui le onde si muovono attraverso di essa - corrispondeva alla lunghezza del giorno.
L'atmosfera, come una campana, risuona a una frequenza determinata da vari fattori, tra cui la temperatura. In altre parole, le onde (come quelle generate dalla grande eruzione del vulcano Krakatoa in Indonesia nel 1883) lo attraversano a una velocità determinata dalla sua temperatura.
Per la maggior parte della storia della Terra, quella risonanza atmosferica non è stata sincronizzata con la velocità di rotazione del pianeta. Attualmente, ciascuna delle due "alte maree" atmosferiche impiega 22,8 ore per circumnavigare il globo.
Poiché quella risonanza e il periodo di rotazione terrestre di 24 ore non sono sincronizzati, la marea atmosferica è relativamente piccola. Ma durante il periodo di 1,4 miliardi di anni studiato, l'atmosfera era più calda e risuonò con un periodo di circa 10 ore. Inoltre, all'inizio di quel periodo, la rotazione della Terra, rallentata dalla Luna, raggiungeva le 20 ore.
Quando la risonanza atmosferica e la lunghezza del giorno sono diventate fattori pari (10 e 20), la marea atmosferica si è rafforzata, i rigonfiamenti sono aumentati di dimensioni e l'attrazione della marea dal Sole è diventata abbastanza forte da contrastare la marea lunare.
"È come spingere un bambino su un'amaca", esemplifica Murray. "Se la tua spinta e il periodo dell'oscillazione non sono sincronizzati, non andrà molto in alto. Ma se sono sincronizzati e spingi proprio mentre l'oscillazione si ferma a un'estremità della sua corsa, la spinta aumenterà l'oscillazione slancio e colpirà sempre più in alto. Questo è quello che è successo con la risonanza atmosferica e la marea.