La spietata distanza dalla luna

In Europa, l’anno 1999 è stato segnato da uno straordinario evento astronomico, l’eclissi solare totale dell’11 agosto, considerata l’eclissi più osservata nella storia umana. Forse tu sei tra questi. E avresti fatto bene, perché un fenomeno del genere non si sarebbe ripetuto all'infinito! Perché ?

Perché attualmente la Luna si sta allontanando dalla Terra alla velocità di 3,83 cm all'anno, come dimostrano precise misurazioni effettuate utilizzando colpi laser riflessi da riflettori posizionati sulla Luna da varie missioni spaziali. A ciò si aggiunge ogni anno un aumento della durata del giorno di 1/74.000 di secondo. Due fenomeni, una sola cometa: la Luna! Le forze di marea che esercitano sul nostro pianeta, deformando la crosta terrestre e gli oceani, dissipano energia e rallentano la rotazione terrestre trasferendo l'energia al nostro satellite. I modelli moderni descrivono l'evoluzione di questa coppia dalla loro creazione più di 4 miliardi di anni fa. Sorpresa: la frequenza delle rotture varia molto nel tempo. Cerchiamo di dettagliare questo fenomeno.

Effetto marea

Consideriamo innanzitutto un pianeta e la sua luna, privi di oceani, che orbitano l'uno intorno all'altro seguendo traiettorie circolari. Nei rispettivi baricentri, la forza centrifuga derivante dalla loro rotazione reciproca è completamente compensata dalla forza gravitazionale che li attrae. Ma in superficie non è più così; Queste due forze non sono più in equilibrio. È il loro risultato che chiamiamo “forza di marea”. Su un pianeta, questa forza di marea tende a sollevare la sua superficie lungo l'asse pianeta-luna e l'effetto è opposto nelle direzioni perpendicolari. Di conseguenza, il pianeta si allunga nella direzione del suo satellite. L'entità della deformazione è molto piccola: l'altezza della crosta arriva fino a 20 cm.

Se il pianeta e la sua luna orbitassero insieme in modo sincrono, cioè mostrassero sempre la stessa faccia l'uno all'altro, saremmo ancora lì: corpi celesti leggermente distorti. Ma quando la rotazione del pianeta su se stesso è più veloce della rotazione del satellite attorno al pianeta, i rigonfiamenti ne fanno sì che si muova sulla superficie di quest'ultimo. Per determinare cosa sta succedendo, confronta la velocità con cui le forze di marea viaggiano sulla superficie terrestre (0,45 chilometri al secondo) con la velocità di propagazione delle onde sismiche (4 chilometri al secondo). Poiché il primo è molto più basso del secondo, i rigonfiamenti possono seguire il moto del satellite.

Pillola tardiva

Queste deformazioni, infatti, non avvengono senza attrito, senza dissipazione di energia, che provoca ritardi e sposta la posizione dei rigonfiamenti rispetto all'asse del pianeta e della Luna. Se il pianeta ruota più velocemente, sono davanti a quell'asse, nella direzione della rotazione del pianeta. Questo piccolo divario potrebbe non sembrare molto, ma è responsabile della distanza tra due corpi celesti e del rallentamento della rotazione del pianeta.

Infatti, rispetto alla situazione in cui il pianeta non è deformato dalla marea, poiché la forza gravitazionale tra due masse varia con il quadrato della distanza tra loro, il bordo di marea più vicino al satellite è soggetto ad una attrazione gravitazionale più forte. il suo lato rispetto al rigonfiamento più distante. Queste due forze non sono esattamente allineate con l'asse e sul pianeta si produce un effetto di coppia che si oppone alla sua rotazione e quindi lo rallenta. Dal punto di vista del satellite, le due forze gravitazionali che incontra da questi rigonfiamenti, opposte secondo la legge di azione e reazione delle forze sopra menzionata, si combinano per accelerarlo lungo il suo percorso circolare: un lento aumento della sua velocità aumenta anche la forza centrifuga ed il satellite si allontana dal pianeta.

Questa decelerazione e accelerazione continuerà finché tutte le rotazioni non saranno sincronizzate come abbiamo accennato all'inizio di questo paragrafo, ma, di minuto in minuto, se l'effetto marea esiste in entrambe le direzioni (dal satellite al pianeta e viceversa), non è di la stessa ampiezza. Le forze di marea di A su B sono in realtà proporzionali al prodotto della massa di A per il raggio di B e al cubo della distanza tra loro. Poiché la massa della Terra è ottanta volte maggiore di quella della Luna e il raggio di quest'ultima è circa quattro volte più piccolo, le maree lunari erano più intense di quelle terrestri, e anche la dissipazione era molto più forte, poiché con una Luna più piccola, la decelerazione era molto più forte. . Ecco perché oggi la rotazione della Luna è effettivamente sincronizzata con quella della Terra: ci presenta sempre la stessa faccia.

Il mare, il sole e le orbite

Per comprendere correttamente le maree della Terra, è necessario prendere in considerazione molte altre influenze. Pertanto, il Sole contribuisce fino al 30% alle forze di marea della Terra ed è all'origine della primavera e delle maree. Inoltre, anche l'inclinazione dell'asse di rotazione terrestre rispetto al piano delle orbite della Terra e della Luna, nonché la natura ellittica e variabile del percorso della Luna influenzano questo fenomeno. Infine, con l'acqua sulla superficie terrestre, alle creste solide si aggiungeranno rigonfiamenti liquidi, modificando sensibilmente la situazione.

Innanzitutto, il movimento delle masse d’acqua dissipa molta energia a causa dell’attrito con il fondale oceanico o delle turbolenze causate dalle correnti di marea. Quindi, per vedere se questi rigonfiamenti d'acqua potrebbero seguire il movimento della Luna, dobbiamo osservare la velocità delle onde gravitazionali, più comunemente chiamate “rigonfiamenti”! Questo è uguale al prodotto della radice quadrata dell'accelerazione dovuta alla gravità e alla profondità dell'oceano. Con una profondità media di circa 4 km, la sua velocità è di 0,2 km al secondo, più della metà della forza della marea. Le nostre colline non potrebbero più seguire la Luna, e se la Terra fosse completamente ricoperta dall'acqua saremmo praticamente perpendicolari all'asse Terra-Luna!

Infine ci sono i continenti. Ciò che è vero a livello locale – l’ampiezza delle maree può essere notevolmente aumentata dal fenomeno della risonanza, ad esempio nella baia di Mont Saint-Michel – vale anche a livello globale. A seconda della disposizione dei continenti e tenendo conto della forza di Coriolis che devia le correnti oceaniche, potremmo o meno avere echi sotto l'influenza delle forze di marea lunari. In questo caso la dissipazione aumenta e con essa la rotazione terrestre rallenta.

Un team dell’Institute of Celestial Mechanics and Ephemeris Calculus è recentemente riuscito a combinare tutti questi elementi e altri ancora (come il fatto che il fondale oceanico si abbassa leggermente quando il bordo liquido lo attraversa) per prevedere la distanza e l’altezza Terra-Luna. Giorno (associato alla rotazione destra) sulla Terra. In particolare, ha tenuto conto della deriva dei continenti modellandola utilizzando uno strato emisferico in movimento sulla superficie terrestre, almeno fino a un miliardo di anni nel passato, data per la quale non disponiamo più di dati. Essi. Ha anche aggiunto che in un passato molto lontano, 3 miliardi di anni fa, la Terra era ricoperta d'acqua.

I loro risultati riflettono molto bene le stime dei dati stratificati. Hanno dimostrato che l’andamento del giorno e della distanza tra la Terra e la Luna erano tutt’altro che regolari, e che periodi di forti rallentamenti come quello attuale, dovuti alla risonanza oceanica, hanno messo in ombra un lungo periodo (tra 1 e 3 miliardi di anni) più tranquillo. e in futuro?

Anche con l’attuale significativo rallentamento, la sincronizzazione dei cicli non avverrà prima di alcune decine di miliardi di anni. D’altra parte, tra appena un milione di anni, la Luna sarà abbastanza lontana dalla Terra che un’eclissi solare totale non sarà altro che un lontano ricordo!