Rotazione lunare: come funziona e quanto dura

16 Mar 2023

OSR blog post

La Luna è l'unico satellite naturale della Terra. Esso compie tre movimenti, tra cui la famigerata rotazione lunare.
Nell'articolo odierno analizzeremo a fondo i tre movimenti e, in particolare, vedremo come avviene e come funziona la rotazione della Luna.

Quali sono i movimenti della Luna?

Guida OSR, quali movimenti luna

Nonostante spesso non ce ne rendiamo conto, tutto ciò che è contenuto nell’Universo (noi compresi) è posto in un continuo stato di moto da miliardi di anni. Ed a questa regola non sfugge neanche la Luna, il nostro satellite naturale.

Se consideriamo la Luna nel “ristretto” contesto del Sistema Solare, tre sono i suoi principali moti.

Essa ruota attorno al Sole (moto di traslazione), intorno a sé stessa o al proprio asse (moto di rotazione) ed attorno alla Terra (moto di rivoluzione).

– Movimento di traslazione

È il moto che la Luna compie intorno al Sole. Essendo connessa alla Terra a causa dell’attrazione gravitazionale, il nostro satellite “ci segue” nel nostro moto di rivoluzione attorno al Sole (che la Terra compie in 365 giorni circa). Il percorso della Luna (che, ricordiamo, nel contempo ruota su se stessa, attorno alla Terra) durante questo moto viene detto “Epicicloide”.

– Rotazione lunare

Quello di rotazione è il moto che compie la Luna intorno al proprio asse. Presenta una “strana” peculiarità che approfondiremo fra poco: essa difatti rivolge a noi terrestri sempre una sola faccia (emisfero).

– Movimento rivoluzionario

La Luna compie un’orbita completa attorno alla Terra in circa 27,3 giorni rispetto alle stelle fisse. Cioè, un osservatore che si trovasse in una di queste stelle, vedrebbe la Luna compiere un giro completo attorno alla Terra in circa 27,3 giorni terrestri (precisamente 27 giorni, 7 ore, 43 min, 12 s, cioè 27,32 giorni). Questo periodo viene chiamato “mese sidereo” o siderale.

Se invece osserviamo le fasi lunari, anch’esse legate al moto di rivoluzione, notiamo che fra una Luna nuova e la successiva intercorre un tempo medio pari a circa 29,5 giorni. Si parla di tempo medio in quanto esso varia leggermente a seconda se siamo in estate o in inverno. In particolare il periodo di rivoluzione è minimo (29 giorni 6 ore 28 minuti e 48 secondi, cioè 29,27 giorni) in concomitanza del solstizio d’estate (20-21 giugno) e massimo (29 giorni 20 ore 9 minuti e 36 secondi, cioè 29,84 giorni) in quello d’inverno (21-22 dicembre). Quest’altro periodo viene chiamato “mese sinodico”.

Ma come può verificarsi che lo stesso moto, ovvero quello di rivoluzione, venga compiuto in due tempi diversi? La differenza è notevole. Più di due giorni. L’arcano è presto spiegato. Il mese sidereo “scatta” ogni volta che si verifica l’allineamento Luna-Terra-Stelle fisse. Invece il sinodico tiene conto dell’allineamento Luna-Terra-Sole (le fasi lunari sappiamo che sono scandite dal Sole che illumina la Luna).

La Luna ruota attorno alla Terra ma, nel contempo, il “sistema binario” Terra-Luna gira attorno al Sole. Se il nostro Pianeta non ruotasse attorno al Sole, ma rimanesse fermo rispetto ad esso (il che farebbe rivoltare Galileo, Newton ed Einstein nella tomba), mese sinodico e mese sidereo coinciderebbero.

E invece, nel frattempo che la Luna compie il giro attorno alla Terra, quest’ultima si sarà ulteriormente spostata rispetto al Sole.
Quindi, per riallinearsi nuovamente con Terra e Sole, la Luna dovrà percorrere uno spazio maggiore del suo moto di rivoluzione. In pratica la Luna, per potersi riallineare con Sole e Terra, ruotando attorno a quest’ultima, deve in qualche maniera “rincorrerla”. Di conseguenza anche il tempo impiegato sarà maggiore.

Durante il mese sinodico, il Sole illumina la Luna in maniera variabile: queste variazioni vengono chiamate “fasi lunari”.

Che cos’è e cosa si intende per rotazione lunare?

Guida OSR, cos\'è si intende rotazione lunare

Come già detto, quello di rotazione è il moto che compie la Luna intorno al proprio asse.

È l’analogo movimento che sulla Terra produce l’alternarsi del giorno e della notte. Con una differenza sostanziale però:

La velocità di rotazione della Luna è quasi 30 volte minore rispetto a quella della Terra. In pratica un giorno lunare dura quasi un mese terrestre. Vedremo fra un po’ i dettagli.

Rotazione lunare: come funziona e quanto dura

Guida OSR, rotazione lunare: funziona quanto dura

Il periodo di rotazione della Luna è circa pari (27,5 giorni) al mese sidereo. Questa coincidenza è un aspetto, se vogliamo, anche un po’ “romantico” della Luna: essa rivolge a noi terrestri sempre una sola faccia (emisfero).

Questo aspetto, apparentemente non immediato da comprendere, appare più chiaro se esaminiamo una situazione meno complessa e più alla portata del nostro quotidiano. Immaginiamo un bel pallone, rappresentante la Terra, fermo al centro di una stanza vuota.

In realtà, per rappresentare bene il nostro pianeta, il pallone dovrebbe ruotare su se stesso. Ma per capire di cosa parliamo, per il momento, trascuriamo questo aspetto e supponiamolo fermo.

Ad un certo punto cominciamo a “circumnavigare” il pallone (mantenendoci sempre alla stessa distanza), stando però attenti a rivolgere in ogni istante, dritti verso di esso, il nostro volto ed il nostro petto. In pratica ci muoviamo lateralmente come i granchi, ruotando piano piano il nostro corpo al fine di rivolgerci sempre frontalmente verso il pallone. In questo modo noi riusciremo a vedere tutte le facce del pallone ma, dal suo “punto di vista”, la sfera non “vedrà” mai la nostra nuca.

In pratica, senza forse neanche accorgercene, mentre ruotavamo attorno al pallone, nell’intento di rivolgergli sempre la nostra faccia ed il petto, aggiustavamo progressivamente la nostra posizione ruotando anche attorno al nostro asse verticale. Ecco, la Luna, in pratica, da miliardi di anni, compie un movimento del tutto simile attorno alla Terra. È come se la Terra (grazie alla sua forza di attrazione gravitazionale), facesse ruotare attorno a sé la Luna, mantenendola legata con una fune. Tutto questo ha una spiegazione fisica ma anche matematica.

Quello che fa sì che la Luna mostri alla Terra sempre lo stesso emisfero risiede nella coincidenza tra due periodi fondamentali della nostro satellite, e precisamente il suo moto di rotazione (intorno a sé stessa) ed il suo moto di rivoluzione (attorno alla Terra).

Difatti la Luna impiega il medesimo tempo a compiere un intero giro intorno a sé stessa (giorno lunare) ed un intero giro intorno alla Terra (mese siderale o sidereo). Questo periodo dura quasi quanto un mese terrestre (27 giorni, 7 ore, 43 min, 12 s). Ed è proprio questa coincidenza alla base del fatto che la Luna, nel ruotarci attorno, ci rivolge sempre lo stesso emisfero.

Il fenomeno assume il nome di “rotazione sincrona” e non è un caso: è dovuto all’attrazione gravitazionale della Terra nei confronti del suo satellite naturale, del quale ha ridotto man mano la velocità di rotazione a partire dalla sua formazione.

In conseguenza a tutto ciò, un emisfero della Luna, la faccia nascosta, chiamata spesso “emisfero oscuro”, non è mai rivolto verso la Terra (come non lo era mai la nostra nuca rispetto al pallone).

La terminologia usata (emisfero oscuro) non deve però far pensare che questa porzione di Luna sia costantemente al buio. Ci sono lunghi periodi in cui essa è illuminata dal Sole. Ma questa faccia illuminata non è mai rivolta verso la Terra. Questa situazione si verifica quando la Luna si trova tra la Terra ed il Sole. In tal caso, possiamo immaginare che il nostro satellite si trovi con la “nuca” al sole, per fare ancora un paragone con il pallone al centro della stanza.

Questo fenomeno non è un caso raro nello spazio. Altri satelliti naturali si comportano in maniera simile con i loro pianeti di riferimento. È, ad esempio, il caso del sistema Plutone – Caronte. In questo caso, a differenza del sistema Terra-Luna, i due corpi si rivolgono a vicenda sempre la stessa faccia. Un po’ come avviene nel lancio del peso, in cui l’atleta e la sfera d’acciaio “si mostrano reciprocamente sempre le stesse facce”.

La Terra invece, ruotando intorno a se stessa con una velocità molto maggiore rispetto a quella della Luna (un intero giro in 24 ore contro i 27 giorni della Luna), “riesce” a mostrare a quest’ultima tutte le sue facce.

Altri esempi si possono riscontrare in alcuni satelliti di Saturno e Giove.

Perchè la rotazione lunare è importante: ecco a cosa serve

Prima di parlare dell’importanza che la Luna riveste nei confronti della Terra, cerchiamo di comprendere bene un fenomeno naturale direttamente legato all’influenza gravitazionale del nostro satellite nei confronti del nostro pianeta: le MAREE.

Queste sono dei moti periodici di immense masse d’acqua che si alzano e si abbassano (alta e bassa marea) con una certa frequenza.

Sono fenomeni che dipendono direttamente dalle attrazioni gravitazionali che Sole e Luna esercitano sul nostro Pianeta. Due corpi celesti, non certo paragonabili per dimensioni (il sole potrebbe contenere quasi 65 milioni di lune), ma posti anche a distanze estremamente diverse fra essi rispetto alla Terra (384.400 km la Luna, 149.600.000 Km il Sole; dunque il Sole è posto da noi ad una distanza quasi 400 volte più grande rispetto alla Luna).

Di conseguenza, entrambi fanno sentire la loro influenza. Addirittura la Luna, in questo campo, gioca un ruolo più importante di quello del Sole, facendo sentire i suoi effetti alla Terra più del doppio di quelli del Sole. Questo è dovuto alla Legge di Gravitazione Universale di Newton, secondo la quale la forza di attrazione fra due corpi dotati di massa è inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.

Tale influenza, pur generando forze apparentemente piccolissime (rispetto alla scala di valori che stiamo trattando) è però in grado di produrre effetti notevolissimi a causa delle enormi masse d’acqua coinvolte. Essa si fa sentire in particolare vicine alle coste (fino a 15 m). In mare aperto invece gli effetti sono molto meno visibili (dell’ordine di 1 m). Naturalmente, per essere osservabili occorre che siano coinvolte grandi masse d’acqua (mari e oceani).

L’attrazione lunare, causando le maree, ha anche degli effetti sul moto di rotazione della Terra (giorno terrestre = 24 h), la quale, proprio a causa di questo “sali e scendi” delle acque, rallenta il suo moto di rotazione. Di conseguenza la durata del giorno terrestre, anche se in maniera impercettibile, cresce progressivamente.

Dunque la Luna riveste una grande importanza nei riguardi del nostro pianeta, il quale quindi risente molto dell’influenza del suo satellite.

La Luna, molto più piccola della Terra (raggio della Terra 6371 Km, raggio della Luna 1737,4 Km. La Terra potrebbe contenere quasi 50 Lune), ed orbitante attorno a noi ad una distanza media di circa 384000 Km, se per assurda ipotesi, all’improvviso scomparisse, generebbe delle conseguenze molto importanti per la vita sulla Terra.

Intanto, senza la Luna non esisterebbero le maree, fenomeni che (come visto prima), dissipando energia per attrito, rallentano la rotazione terrestre. Senza l’effetto lunare, dunque, sulla Terra il giorno durerebbe solo sei ore. Rimarrebbero solo le maree causate dall’attrazione gravitazionale del Sole, molto più deboli. Senza le maree lunari, le correnti oceaniche diverrebbero più deboli, situazione incompatibile con la vita di molte specie che vivono negli oceani.

Tutta quest’acqua verrebbe ridistribuita per tutto il pianeta, di conseguenza il livello medio marino si eleverebbe rispetto alle coste ed attorno ai poli. A causa di ciò si avrebbe una forte riduzione delle terre emerse (immaginiamo solamente per un attimo cosa succederebbe ai Paesi Bassi) ed un’alternanza di grande freddo glaciale e picchi di caldo eccezionali.

Naturalmente le eclissi non esisterebbero più.

Facciamo un passo indietro, fino alla formazione della Luna. Sappiamo che essa si è formata a causa di un asteroide che colpi la Terra quasi 5 miliardi di anni fa. Questo impatto generò nello spazio una miriade di frammenti che, addensandosi a causa della forza di gravità, didereo forma al nostro satellite. Al contempo, a causa dell’impatto, la Terra vide il suo asse di rotazione inclinarsi rispetto alla perpendicolare al piano della sua orbita (piano dell’eclittica).

Ed è proprio grazie a questa inclinazione che avviene l’alternarsi delle stagioni così come oggi le conosciamo. Senza quell’impatto, ogni zona della Terra avrebbe conosciuto un’unica stagione durante l’intero anno, con le conseguenze che possiamo immaginare nel campo dell’agricoltura, del turismo, ecc.

La notte sarebbe stata più buia di quella che conosciamo. Ed anche il calendario ne avrebbe risentito. Non avrebbe avuto più senso dividere l’anno in dodici mesi.