Un giorno non è sempre stato di 24 ore. Infatti, ha cominciato a durare solo 4 ore. Le ragioni di questa variazione estrema sono state spiegate dallo scienziato planetario Takanori Sasaki, dell’Università di Kyoto, durante il workshop di fisica della seconda fase dell’Intercontinental Academia (ICA), il 9 marzo.
Sasaki ha detto che la formazione della Terra e della Luna, 4,5 miliardi di anni fa, e l’influenza della Luna sul pianeta sono le determinanti della variazione di lunghezza di un giorno e di un mese durante la storia della Terra.
Scienziato planetario Takanori Sasaki
Secondo lui, l’ipotesi più accettata per spiegare l’origine della Luna è il verificarsi di un gigantesco impatto tra un corpo grande come Marte e quella che potrebbe essere chiamata la proto-Terra.
Ma quando è avvenuto esattamente questo impatto? Sasaki ha spiegato che per rispondere a questa domanda i ricercatori analizzano la trasformazione dell’isotopo afnio-182 nell’isotopo tungsteno-182. “L’afnio è un elemento litofilo (amante della roccia) e il tungsteno è un elemento siderofilo (amante del ferro), rispettivamente collegato al mantello e al nucleo di una stella.
Secondo Sasaki, l’impatto gigante ha prodotto un oceano di magma sulla proto-Terra, che sembra aver portato a una notevole separazione tra metallo e silicati. Così, l’età della separazione afnio-tungsteno (Hf-W) sarebbe l’età dell’ultimo enorme impatto, cioè l’età della Terra e della Luna. “È possibile calcolare quanto tungsteno ha il mantello e quindi determinare l’età del pianeta”. Usando questo metodo, si è concluso che la Terra e la Luna sono emerse all’inizio del sistema solare, 62 milioni di anni dopo il sorgere del sistema, 4,5 miliardi di anni fa.
L’impatto ha generato un gran numero di frammenti intorno alla Terra, che poi si sono raggruppati dando origine alla Luna in un’orbita appena sopra il limite di Roche (distanza minima dal centro del pianeta che un satellite può orbitare senza essere distrutto dalla gravità delle forze di marea), ha detto Sasaki. Questo limite si trova a una distanza di tre volte il raggio della Terra, ma ora la Luna si trova a una distanza di 60 volte la dimensione del raggio, e dovrebbe smettere di allontanarsi quando la distanza raggiunge 80 volte la dimensione del raggio, in un multimiliardo di anni.
Per misurare la distanza tra la Terra e la Luna gli scienziati usano il tempo: quanto tempo impiega un raggio laser a raggiungere la Luna, essere riflesso e raggiungere la Terra. Il Lunar Laser Ranging Experiment usa questo metodo e la prima misurazione è stata fatta nel 1969. Con questo metodo, è stato deciso che la Luna si trova a 384.400 km dalla Terra. Poi, l’esperimento ha trovato un fatto sorprendente: analizzando i dati da gennaio 1992 ad aprile 2001, i ricercatori hanno scoperto che la Luna si sta allontanando di 3,8 cm all’anno. “Se questo è corretto, allora la Luna era molto più vicina in passato”, ha detto Sasaki.
C’è uno scambio di momento angolare tra la Luna e la Terra. Sasaki ha citato un’ipotesi che è menzionata nel libro di riferimento di questo settore, “Solar System Dynamics”, di Carl Murray e Stanley Dermott: “È altamente probabile che l’orbita della Luna e la rotazione della Terra siano cambiate considerevolmente durante l’esistenza del sistema solare, specialmente a causa dell’azione delle maree semidiurne causate dalla Luna alla Terra.”
Questo significa che la Luna attrae la massa d’acqua e questo riduce la velocità di rotazione della Terra. Allo stesso tempo, la marea che si sposta a causa della rotazione terrestre attrae la Luna, guadagnando momento angolare e allontanandosi gradualmente. Anche la Luna diventa più lenta, riducendo la durata del mese.
Sasaki ha spiegato che secondo la terza legge di Keplero (il quadrato del periodo orbitale di un pianeta è direttamente proporzionale al cubo della metà dell’asse maggiore della sua orbita), più vicino al Sole, maggiore è la velocità di un pianeta, e più lontano, più lento. Questo vale anche per il sistema Luna-Terra.
Un tentativo di provare la variazione della lunghezza dei mesi è stato fatto da due ricercatori che hanno studiato la struttura di un certo tipo di conchiglia marina. Per Sasaki, “questo è un articolo controverso, ma fornisce alcune indicazioni interessanti”. Le conchiglie sviluppano linee di crescita giornaliera in segmenti con crescita mensile. Analizzando le conchiglie oggi, sembra che abbiano 30 righe per segmento, il che significa un mese di 30 giorni. “Nelle conchiglie fossili di 400 milioni di anni fa ci sono solo 9 linee per segmento, assumendo che il mese durasse 9 giorni. Questo indica che la Luna girava più velocemente intorno alla Terra e a una distanza del 40% più piccola di quella attuale.”
Dopotutto, quanto durava un giorno quando la Terra e la Luna sono nate? “All’inizio, la Luna si trovava a una distanza di tre volte il raggio della Terra, subito dopo il limite di Roche. Con questa distanza e il momento angolare stimato, si può dire che il giorno durava solo 4 ore. Con il tempo, la Luna si allontanò e la lunghezza del giorno aumentò: quando il pianeta e il suo satellite avevano 30.000 anni, il giorno durava sei ore; quando avevano 60 milioni di anni, il giorno durava 10 ore.”
Alla fine della sua presentazione, Sasaki ha presentato un grafico che mette in relazione lo sviluppo della vita (“pur non essendo un esperto in materia”) con la lunghezza del giorno nel tempo. Secondo esso, le prime prove di vita, 3,5 miliardi di anni fa, sono avvenute quando il giorno durava 12 ore. La comparsa della fotosintesi, 2,5 miliardi di anni fa, è avvenuta quando il giorno durava 18 ore. 1,7 miliardi di anni fa il giorno durava 21 ore ed emersero le cellule eucariotiche. La vita multicellulare iniziò quando il giorno durava 23 ore, 1,2 miliardi di anni fa. I primi antenati umani sono sorti 4 milioni di anni fa, quando il giorno era già molto vicino alle 24 ore.