Spazio

Qual è la velocità di rotazione della Terra?

La velocità di rotazione del pianeta è di... un giro al giorno! Ma un giorno non dura sempre un giorno, e per viaggiare nello Spazio è un problema.

Spedire un oggetto nello Spazio per fargli raggiungere un obiettivo - che sia la Luna, Marte, un asteroide o qualunque altra destinazione - è un'operazione decisamente molto, molto complessa, e che, tra i tanti parametri da considerare (a partire dalla posizione nel tempo dell'oggetto e della sua destinazione), necessita di un'informazione che potrebbe sorprendere: la velocità di rotazione della Terra. Velocità che, a questo punto potete ben immaginarlo, non è costante.
 
Vi sono, è vero, degli elementi regolari che influiscono sulla velocità di rotazione del pianeta. Per esempio le forze gravitazionali esterne al nostro Pianeta, indotte prevalentemente dal Sole e dalla Luna, agiscono in modo prevedibile: l'enorme gravità del Sole tiene la Terra ben ancorata alla sua orbita, mentre l'azione della Luna, nel corso di miliardi di anni, è stata quella di rallentare la rotazione, aumentando la durata del giorno terrestre. Subito dopo la formazione della Terra il giorno durava sei-otto ore: un anno consisteva in più di 1.000 albe e tramonti, e non 365 come oggi. Se fosse tutto qui sarebbe relativamente facile trasformare il tutto in un software capace di tenere un'antenna sempre correttamente puntata verso un corpo lontanissimo nello Spazio. Ma non è tutto qui.
 
Attorno, sopra e dentro il pianeta ci sono forze che agiscono su di esso con effetti rapidi e talora inaspettati. I terremoti, i venti atmosferici, le correnti oceaniche e ora anche le attività umane agiscono spesso in modo imprevedibile, ridistribuendo le masse attorno al pianeta, e ciò altera la velocità di rotazione della Terra e l'orientamento del suo asse di rotazione.

rotazione della Terra

Quanto veloce gira la Terra?

© danm12 / Shutterstock

La conservazione del momento angolare è una legge della fisica di non facile intuizione, ma, anche senza doverla spiegare, ricordiamo che spiega (per esempio) perché un pattinatore che gira con le braccia distese all'infuori può improvvisamente accelerare la rotazione tirando le braccia verso il corpo. Può succedere qualcosa del genere anche alla Terra, se interviene qualcosa a ridistribuire delle masse (terrestri, oceaniche, d'aria) sulla superficie del pianeta: per esempio un terremoto, che in un istante vede spostarsi grandi porzioni di crosta terrestre. Di solito porta a un'accelerazione della rotazione del nostro pianeta, accorciando (in modo piccolo ma non insignificante) la giornata. Nel 2011, il terremoto di magnitudo 9.0 che colpì il Giappone durò sei minuti durante i quali la ridistribuzione delle masse terrestri accorciarono di 1,8 microsecondi (milionesimi di secondo) la durata del giorno, e spostò di circa 17 cm la posizione dell'asse della figura della Terra - quella linea immaginaria attorno alla quale è bilanciata la massa del pianeta in rotazione e che differisce di poco dall'asse di rotazione.

I sismi non sono gli unici eventi in grado di alterare la velocità di rotazione della Terra: i venti atmosferici, le correnti oceaniche, lo scioglimento dei ghiacciai e delle calotte polari hanno ricadute ancora più marcate. Per fare un esempio, quando i ghiacci continentali si sciolgono il livello del mare aumenta e la massa della Terra deve trovare un nuovo punto di equilibrio rispetto all'asse della figura. Anche questo riduce la durata della giornata - e per fortuna che al punto in cui siamo si tratta ancora di variazioni impercettibili, senza conseguenze per la vita quotidiana.
 
Il problema diventa invece significativo quando si tratta di seguire una sonda nello Spazio o di sincronizzarsi con i satelliti in orbita, perché anche i più piccoli cambiamenti nella velocità di rotazione della Terra possono fare la differenza nel riuscire a comunicare o meno con questi oggetti. La buona riuscita delle missioni spaziali dipende perciò anche dalla nostra capacità di prevedere l'influenza di una serie di fenomeni a cui, complessivamente, è stato dato il nome di Earth Orientation Parameters (EOP).

Spiega Werner Enderle, capo dell'Ufficio di supporto alla navigazione dell'ESA, che «le nostre stazioni di terra sono in comunicazione con veicoli spaziali a milioni di chilometri di distanza da noi: le antenne devono essere puntate con estrema precisione se si vuole mirare a quegli oggetti molto piccoli». Questo perché la differenza anche solo di una frazione di grado di puntamento dalla Terra può corrispondere a un errore di migliaia di chilometri nello Spazio. Insomma, se non ci sono valori precisi per l'orientamento della Terra, può essere impossibile trovare la sonda nello Spazio.
 
Attualmente questi parametri sono forniti dallo United States Naval Observatory (USNO), con una precisione variabile in base ai contributi delle istituzioni di tutto il mondo, inclusa l'ESA. Tuttavia, proprio l'ESA sta lavorando allo sviluppo di uno strumento per determinare un set di valori EOP, così da garantire l'accesso indipendente dell'Europa allo Spazio, mettendo fine alla dipendenza da un fornitore esterno. Questi valori di orientamento, ai quali lavora un gruppo di ricercatori dell'Ufficio di supporto alla navigazione, saranno resi disponibili gratuitamente dall'autunno di quest'anno.

Lo strumento stima e prevede l'orientamento e la rotazione della Terra fino a 90 giorni in anticipo. Per Erik Shoenemann, a capo del progetto per l'European Space Operations Centre (ESOC), «il nostro algoritmo utilizza le condizioni atmosferiche e meteorologiche, l'attività sismica, la velocità con cui il livello del mare si sta innalzando e il ghiaccio terrestre si sta sciogliendo e una miriade di altre variabili, che interagiscono in modi complessi e difficili da prevedere; è facile dare questi valori per scontati, ma tutta l'attività dei voli spaziali si basa su di essi e per ottenerli è necessaria un'enorme mole di lavoro. Siamo davvero felici di avere ora la nostra fonte di questi dati, assicurandoci la capacità di condurre missioni complesse in orbite diverse e di ricevere gli incredibili dati che le missioni stesse inviano a Terra».

La posizione del polo nord magnetico dal 1900 al 2020.
La posizione del polo nord magnetico dal 1900 al 2020: la sua posizione si sposta più velocemente che in passato.

Finora i test dimostrano che il nuovo strumento dell'ESA supera in modo significativo quelli attualmente in uso, segnando un passo in avanti importante per garantire l'accesso indipendente dell'Europa allo Spazio.

3 aprile 2021 Luigi Bignami
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