E se qualcuno ti dicesse che in un dato momento stai viaggiando a una velocità ben superiore a quella del suono? Potreste pensare che sia pazzo, dato che – per quanto si possa dire – vi trovate sulla terra ferma, e non nella cabina di un jet supersonico. Tuttavia, l’affermazione è corretta. In qualsiasi momento, ci muoviamo tutti ad una velocità di circa 1.674 chilometri all’ora, grazie alla rotazione terrestre
Per definizione, la rotazione terrestre è la quantità di tempo che impiega a ruotare una volta sul suo asse. Questo avviene, apparentemente, una volta al giorno, cioè ogni 24 ore. Tuttavia, ci sono in realtà due diversi tipi di rotazione che devono essere considerati qui. Per prima cosa, c’è la quantità di tempo che impiega la Terra a girare una volta sul suo asse in modo che ritorni allo stesso orientamento rispetto al resto dell’Universo. Poi c’è quanto tempo impiega la Terra a girare in modo che il Sole ritorni nello stesso punto del cielo.
Giorno solare e siderale:
Come tutti sappiamo, ci vogliono esattamente 24 ore perché il Sole ritorni nello stesso punto del cielo, il che sembra ovvio. 24 ore è ciò che pensiamo sia un giorno completo, e il tempo necessario per passare dal giorno alla notte e viceversa. Ma in verità, la Terra impiega 23 ore, 56 minuti e 4,09 secondi per ruotare una volta sul suo asse rispetto alle stelle di sfondo.
Perché questa differenza? Beh, sarebbe perché la Terra sta orbitando intorno al Sole, completando un’orbita in poco più di 365 giorni. Se dividi 24 ore per 365 giorni, vedrai che ti rimangono circa 4 minuti al giorno. In altre parole, la Terra ruota sul suo asse, ma sta anche orbitando intorno al Sole, quindi la posizione del Sole nel cielo recupera 4 minuti ogni giorno.
La quantità di tempo che impiega la Terra a ruotare una volta sul suo asse è conosciuta come un giorno siderale – che è 23,9344696 ore. Poiché questo tipo di misurazione del giorno si basa sulla posizione della Terra rispetto alle stelle, gli astronomi lo usano come sistema di cronometraggio per tenere traccia di dove appariranno le stelle nel cielo notturno, soprattutto per sapere in quale direzione puntare i loro telescopi.
La quantità di tempo che il Sole impiega per tornare nello stesso punto del cielo è chiamato giorno solare, che è di 24 ore. Tuttavia, questo varia durante l’anno, e l’effetto accumulato produce deviazioni stagionali fino a 16 minuti dalla media. Questo è causato da due fattori, che includono l’orbita ellittica della Terra intorno al Sole e la sua inclinazione assiale.
Orbita e inclinazione assiale:
Come Johannes Kepler ha dichiarato nel suo Astronomia Nova (1609), la Terra e i pianeti solari non ruotano intorno al Sole in cerchi perfetti. Questo è noto come prima legge di Keplero, che afferma che “l’orbita di un pianeta intorno al Sole è un’ellisse con il centro di massa del Sole ad un fuoco”. Al perielio (cioè il più vicino) è a 147.095.000 km (91.401.000 mi) dal Sole; mentre all’afelio è a 152.100.000 km (94.500.000 mi).
Questo cambiamento di distanza significa che la velocità orbitale della Terra aumenta quando è più vicina al Sole. Mentre la sua velocità media è di circa 29,8 km/s (18,5 mps) o 107.000 km/h (66487 mph), in realtà varia di un intero km al secondo nel corso dell’anno – tra 30,29 km/s e 29.29 km/s (109.044 – 105.444 km/h; 67.756,8 – 65.519,864 mph).
A questo ritmo, il Sole impiega l’equivalente di 24 ore – cioè un giorno solare – per completare una rotazione completa intorno all’asse terrestre e tornare al meridiano (un punto del globo che va da nord a sud attraverso i poli). Vista dal punto di osservazione sopra i poli nord del Sole e della Terra, la Terra orbita in senso antiorario intorno al Sole.
Questa rotazione della Terra intorno al Sole, o la precessione del Sole attraverso gli equinozi, è la ragione per cui un anno dura circa 365,2 giorni. È anche per questa ragione che ogni quattro anni è necessario un giorno in più (un 29 febbraio durante ogni anno bisestile). Inoltre, la rotazione della Terra intorno al Sole è soggetta ad una leggera eccentricità di (0,0167°), il che significa che è periodicamente più vicina o più lontana dal Sole in certi periodi dell’anno.
L’asse della Terra è anche inclinato di circa 23,439° verso l’eclittica. Questo significa che quando il Sole attraversa l’equatore ad entrambi gli equinozi, il suo spostamento giornaliero rispetto alle stelle di sfondo è ad un angolo rispetto all’equatore. In giugno e dicembre, quando il Sole è più lontano dall’equatore celeste, un dato spostamento lungo l’eclittica corrisponde a un grande spostamento all’equatore.
Quindi i giorni solari apparenti sono più brevi in marzo e settembre che in giugno o dicembre. Nelle latitudini temperate settentrionali, il Sole sorge a nord dell’est vero durante il solstizio d’estate e tramonta a nord dell’ovest vero, invertendosi in inverno. Il Sole sorge a sud dell’est vero in estate per la zona temperata meridionale, e tramonta a sud dell’ovest vero.
Velocità di rotazione:
Come detto prima, la Terra gira piuttosto rapidamente. Infatti, gli scienziati hanno determinato che la velocità di rotazione della Terra all’equatore è di 1.674,4 km/h. Questo significa che solo stando sull’equatore, una persona starebbe già viaggiando a una velocità superiore a quella del suono in un cerchio. Ma proprio come la misurazione di un giorno, la rotazione della Terra può essere misurata in due modi diversi.
Il periodo di rotazione della Terra rispetto alle stelle fisse è noto come “giorno stellare”, che è 86.164,098903691 secondi del tempo solare medio (o 23 ore, 56 minuti e 4,0989 secondi). Il periodo di rotazione della Terra rispetto all’equinozio di primavera medio in precessione o in movimento, invece, è di 23 ore, 56 minuti e 4,0905 secondi del tempo solare medio. Non una grande differenza, ma comunque una differenza.
Tuttavia, il pianeta rallenta leggermente con il passare del tempo, a causa degli effetti di marea che la Luna ha sulla rotazione della Terra. Gli orologi atomici mostrano che un giorno moderno è più lungo di circa 1,7 millisecondi rispetto a un secolo fa, aumentando lentamente il ritmo con cui l’UTC viene regolato dai secondi bisestili. La rotazione terrestre va anche da ovest verso est, motivo per cui il Sole sorge a est e tramonta a ovest.
La formazione della Terra:
Un’altra cosa interessante sulla rotazione della Terra è come tutto è iniziato. Fondamentalmente, la rotazione del pianeta è dovuta al momento angolare di tutte le particelle che si sono riunite per creare il nostro pianeta 4,6 miliardi di anni fa. Prima di allora, la Terra, il Sole e il resto del sistema solare facevano parte di una gigantesca nube molecolare di idrogeno, elio e altri elementi più pesanti.
Quando la nube è collassata, la quantità di moto di tutte le particelle ha fatto girare la nube. L’attuale periodo di rotazione della Terra è il risultato di questa rotazione iniziale e di altri fattori, tra cui l’attrito di marea e l’ipotetico impatto di Theia – una collisione con un oggetto delle dimensioni di Marte che si pensa sia avvenuta circa 4,5 miliardi di anni fa e che ha formato la Luna.
Questa rapida rotazione è anche ciò che dà alla Terra la sua forma, appiattendola in uno sferoide oblato (o quello che sembra una palla schiacciata). Questa forma speciale del nostro pianeta significa che i punti lungo l’equatore sono in realtà più lontani dal centro della Terra rispetto ai poli.
Storia dello studio:
Nell’antichità, gli astronomi credevano naturalmente che la Terra fosse un corpo fisso nel cosmo, e che il Sole, la Luna, i pianeti e le stelle le ruotassero intorno. Nell’antichità classica, questo fu formalizzato in sistemi cosmologici da filosofi e astronomi come Aristotele e Tolomeo – che più tardi fu conosciuto come il modello tolemaico (o modello geocentrico) dell’universo.
Tuttavia, c’era chi durante l’antichità metteva in discussione questa convenzione. Un punto di discussione era il fatto che la Terra non solo era fissa nel luogo, ma che non ruotava. Per esempio, Aristarco di Samo (ca. 310 – 230 a.C.) pubblicò degli scritti sull’argomento che furono citati dai suoi contemporanei (come Archimede). Secondo Archimede, Aristarco sosteneva che la Terra girava intorno al Sole e che l’universo era molte volte più grande di quanto si pensasse in precedenza.
E poi c’era Seleuco di Seleucia (ca. 190 – 150 a.C.), un astronomo ellenistico che visse nel Vicino Oriente dell’impero Seleucide. Seleuco era un sostenitore del sistema eliocentrico di Aristarco, e potrebbe anche aver dimostrato che era vero calcolando con precisione le posizioni dei pianeti e la rivoluzione della Terra intorno al “centro di massa” Terra-Luna.
Il modello geocentrico dell’universo sarebbe stato sfidato anche da studiosi islamici e indiani del Medioevo. Per esempio, nel 499 d.C., l’astronomo indiano Aaryabhata pubblicò il suo magnum opus Aryabhatiya, in cui proponeva un modello in cui la Terra girava sul suo asse e i periodi dei pianeti erano dati rispetto al Sole.
L’astronomo iraniano del X secolo Abu Sa’id al-Sijzi contraddiceva il modello tolemaico affermando che la Terra girava sul suo asse, spiegando così il ciclo diurno apparente e la rotazione delle stelle rispetto alla Terra. Più o meno nello stesso periodo, Abu Rayhan Biruni (973-1048) discusse la possibilità che la Terra ruotasse attorno al proprio asse e attorno al Sole, anche se lo considerava un problema filosofico e non matematico.
Al Maragha e all’Osservatorio di Ulugh Beg (alias Samarcanda), la rotazione della Terra fu discussa da diverse generazioni di astronomi tra il XIII e il XV secolo, e molti degli argomenti e delle prove presentate somigliavano a quelli usati da Copernico. Fu anche in questo periodo che Nilakantha Somayaji pubblicò l’Aryabhatiyabhasya (un commento all’Aryabhatiya) in cui sosteneva un modello planetario parzialmente eliocentrico. Questo fu seguito nel 1500 dal Tantrasangraha, in cui Somayaji incorporò la rotazione della Terra sul suo asse.
Nel XIV secolo, aspetti dell’eliocentrismo e della Terra in movimento iniziarono ad emergere in Europa. Per esempio, il filosofo francese il vescovo Nicole Oresme (ca. 1320-1325 al 1382 CE) discusse la possibilità che la Terra ruotasse sul suo asse. Tuttavia, fu l’astronomo polacco Nicolaus Copernicus ad avere il maggiore impatto sull’astronomia moderna quando, nel 1514, pubblicò le sue idee su un universo eliocentrico in un breve trattato intitolato Commentariolus (“Piccolo commento”).
Come altri prima di lui, Copernico si basò sul lavoro dell’astronomo greco Atistarco, oltre a rendere omaggio alla scuola Maragha e a diversi importanti filosofi del mondo islamico (vedi sotto). Intrinseco al suo modello era il fatto che la Terra, e tutti gli altri pianeti, girassero intorno al Sole, ma anche che la Terra girasse sul suo asse e fosse orbitata dalla Luna.
Col tempo, e grazie a scienziati come Galileo e Sir Isaac Newton, il moto e la rivoluzione del nostro pianeta sarebbero diventati una convenzione scientifica accettata. Con l’avvento dell’era spaziale, il dispiegamento dei satelliti e gli orologi atomici, non solo abbiamo confermato che è in costante movimento, ma siamo stati in grado di misurare la sua orbita e la sua rotazione con incredibile precisione.
In breve, il mondo gira fin dalla sua nascita. E, contrariamente a quanto alcuni potrebbero dire, in realtà sta rallentando, anche se ad un ritmo incredibilmente lento. Ma naturalmente, quando rallenterà significativamente, noi avremo probabilmente cessato di esistere, o ci saremo liberati dei suoi “legami burberi” e saremo diventati una specie interplanetaria.
Abbiamo scritto molti articoli interessanti sui movimenti della Terra qui a Universo Oggi. Qui c’è How Fast Does The Earth Rotate?, Earth’s Orbit Around The Sun, How Fast Does The Earth Rotate?, Why Does The Earth Spin?, What Would Happen If The Earth Stopped Spinning?, and What Is The Difference Between the Heliocentric and Geocentric Models Of The Solar System?
Se vuoi maggiori informazioni sulla rotazione della Terra, controlla la Guida all’esplorazione del sistema solare della NASA sulla Terra. Ed ecco un link all’Osservatorio della Terra della NASA.
Abbiamo anche registrato un episodio di Astronomy Cast tutto sulla Terra. Ascolta qui, Episodio 51: Terra.