ALTAMAREA

gif animata tratta dal seguente video: https://youtu.be/glOSH8WQ_RI

È risaputo che le maree sono un fenomeno dovuto all'attrazione gravitazionale della Luna, ma spesso è poco chiaro come queste funzionino esattamente. 

Ragione per cui, i fraintendimenti al riguardo sono numerosi e portano i flat-earthers a porre diverse  obiezioni: 

 - Se la maree sono dovute all'attrazione della Luna, perché si formano anche dal lato della Terra opposto alla Luna, dove l'attrazione dovrebbe essere minima?

- Data la massa enormemente maggiore, l'attrazione gravitazionale che il sole esercita su di noi è maggiore di quella della luna, quindi perché il sole non crea delle maree più imponenti della luna? 

- Com'è possibile che l'attrazione della luna riesca a smuovere milioni di tonnellate d'acqua ma che non sia minimamente percepibile da parte nostra? 

Un'altra domanda posta spesso dei flat-earthers, che solo apparentemente non ha nulla a che fare con le prime tre è: 

-Se la luna ruota intorno alla terra, perché vediamo sempre la stessa faccia? 

Risponderemo a tutte queste domande, analizzandole una per volta, nel modo più chiaro possibile, mostrando che non vi è alcuna contraddizione con la teoria della gravità. Al massimo un po' di confusione nella comprensione di questi fenomeni. La marea è un moto periodico di ampie masse d'acqua (oceani, mari e grandissimi laghi) che si innalzano (alta marea) e abbassano (bassa marea) con frequenza giornaliera o frazione di giorno, solitamente circa ogni sei ore, ossia un quarto di giorno terrestre. 

Ciò che accade è che la luna, a causa della sua attrazione gravitazionale, genera due “ringonfiamenti” (le onde di marea): 

- Uno, in corrispondenza della posizione in cui si trova la Luna (logico, visto che si tratta dellla direzione verso la quale la Luna ci attrae); 

- L'altro, esattamente dalla parte opposta della Terra rispetto alla Luna (abbastanza contruitivo, ma spiegheremo a cosa è dovuto); Poiché la Terra ruota su se stessa, se fissiamo un punto su di essa (per esempio la città di Venezia), questo si muoverà rispetto ai rigonfiamenti. Quando si troverà in corrispondenza di uno di essi avremo l'alta marea, e allontanandosi il livello delle acque calerà dandoci la bassa marea. Poiché ve ne sono due, abbiamo che in un giro completo della terra (ossia 24 ore) si verificano due alte maree e due basse maree, e dunque la marea cambia ogni 6 ore circa. L'alternarsi delle maree è un'altra prova a sostegno della rotazione terrestre. 

Vediamo, ora, come sia possibile che la Luna generi un'onda di marea dalla parte opposta della Terra. 

Vi è la percezione diffusa che le maree siano causate dalla semplice attrazione gravitazionale della Luna, ma in realtà la situazione è un po' più complicata di così. 

Per spiegarla abbiamo bisogno di fare un passo indietro e capire perché la Luna orbiti intorno alla Terra. Il movimento di rivoluzione della Luna intorno alla Terra è frutto di un equilibrio tra due fattori: 

-L'attrazione gravitazionale della Terra 

-La forza centrifuga causata dalla rotazione della luna intorno alla Terra.

Queste due forze puntano in direzione opposte: infatti mentre la forza centrifuga spinge la luna verso l'esterno dell'orbita, la forza gravitazionale l'attira verso il suo centro.

Nella traittoria seguita dalla luna abbiamo che queste due forze si equivalgono esattamente e si cancellano quindi l'un l'altra, mantenendola ben stabile nella sua orbita.

Ora bisogna chiarire una cosa:
il fatto che queste due forze siano esattamente equivalenti non è frutto del caso. Infatti, se una delle due fosse preponderante sull'altra (per esempio se la forza centrifuga fosse più forte dell'attrazione terrestre), la Luna sarebbe costretta a cambiare orbita (sarebbe infatti spinta verso l'esterno dalla forza centrifuga), ma allo stesso tempo questo comporterebbe una variazione della forza centrifuga (aumentando il raggio dell'orbita, la forza centrifuga diminuirebbe, vi ricordate l'esempio della macchina?) e quindi le due forze finirebbero per equivalersi (aumentando il raggio dell'orbita, la forza centrifuga diminuirebbe fino ad essere esttamente uguale all'attrazione gravitazionale, e a quel punto l'orbita resterebbe stabile).

Il risultato è che qualunque corpo, che si muova nello spazio con sufficiente velocità, tende a raggiungere un orbita stabile dove la forza centrifuga e l'attrazione gravitazionale si equivalgono perfettamente.
È grazie a questo principio che possiamo lanciare i satelliti in orbita.

Riassumendo: l'attrazione gravitazionale della Terra e la forza centrifuga, insieme, tengono la Luna stabile nella sua orbita. 

Però a sua volta anche la Luna esercita un'attrazione gravitazionale, seppur di intensità minore, sulla Terra, quindi perchè la Terra non è attirata verso la luna?

La risposta è sempre la stessa: così come la Terra genera un movimento di rivoluzione della Luna, anche la Luna genera un movimento di “rivoluzione” della Terra. 

Per essere precisi sia la Terra che la Luna orbitano entrambi intorno allo stesso punto, ossia il centro di massa del sistema Terra-Luna. Essendo però la Terra molto più pesante della Luna, questo punto si trova molto più vicino alla Terra rispetto alla Luna, talmente vicino che si trova all'interno della crosta terrestre, a circa 1500 metri kilometri di profondità. La gif sotto illustra bene il movimento dei due astri:

La rotazione della Terra intorno al centro di massa dei due corpi, genera una forza centrifuga, che bilancia esattamente l'azione dell'attrazione lunare. Per questo motivo la Terra non è attirata verso la Luna, ma resta stabile nella sua “orbita”. 

Ma se l'attrazione lunare è perfettamente bilanciata dalla forza centrifuga, cos'è che causa le maree? 

Bisogna precisare una cosa: la forza centrifuga e l'attrazione gravitazionale si bilanciano perfettamente solo al centro della Terra. Quindi al centro della Terra abbiamo un equivalenza perfetta. 

La Terra però è grande, e tra il suo centro e la sua superficie ci sono 6300 kilometri. Quindi sulla superficie terrestre non vi è più l'equilibrio esatto, e una delle due forze prevale sull'altra. Motivo per cui, nella parte che si trova in corrispondenza della Luna, è l'attrazione lunare a vincere, e vi è una forza di marea diretta verso di essa. Al contrario, dalla parte opposta, è la forza centrifuga a essere più forte, e quindi la forza di marea è diretta in direzione opposta rispetto alla Luna!

La forza di marea è quindi un effetto della differenza tra l'attrazione della luna e la forza centrifuga.

L'importante non è quindi la forza di attrazione in sè, bensì come questa varia tra il centro e la superficie della Terra. Per questo motivo la Luna genera delle maree più importanti rispetto al Sole (circa il doppio).
Infatti, nonostante l'attrazione gravitazionale del Sole sia molto più grande rispetto a quella della Luna, abbiamo che il diametro della Terra è di dimensioni trascurabili rispetto alla distanza Terra-Sole, mentre non lo è in rapporto alla distanza Terra-Lluna.

Quindi l'attrazione gravitazionale del Sole, così come la forza centrifuga generata dalla rotazione della terra intorno al Sole, non variano granchè in poche migliaia di kilometri, e la forza di marea resta comunque piccola.

Quanto vale la forza di marea?

Perchè è capace di spostare grandi masse d'acqua, ma non ha alcun effetto su di noi? 

La forza di marea è molto, molto piccola. All'incirca dieci milioni di volte più piccola della forza di gravità terrestre. Per questo motivo è ridicolo pensare di poterla percepire.

Infatti, per un uomo di 80 kg, il suo peso cambierebbe di circa un milligrammo tra l'alta e la bassa marea, una differenza del tutto insignificante. Se però si considerano masse d'acqua molto ma molto grandi, ecco la forza di marea non è più trascurabile. 

Per esempio, le acque del mediterraneo hanno una massa di circa quattromila miliardi di tonnellate, che corrispondono ad una forza di marea pari al peso di 400 mila tonnellate, sufficienti a generare un dislivello di marea di mezzo metro in corrispondenza delle coste.

L'oceano atlantico, che contiene una massa d'acqua di gran lunga superiore, è di conseguenza in grado di dare origine a maree molto più consistenti, che possono raggiungere anche i 14 metri in bretagna.

Per questo motivo nei laghi la forza di marea non sortisce alcun effetto: non sono abbastanza estesi e non contengono abbastanza acqua.

Per contro, essa è in grado di deformare non solo le grandi masse d'acque, ma anche le grandi masse di crosta terreste: infatti in corrispondenza dell'equatore la forza di marea è in grado di sollevare il terreno anche di mezzo metro. Una differenza trascurabile per le normali attività umane, ma di cui bisogna tenere conto per la calibrazione del segnale GPS. 

E arriviamo così all'ultima domanda:
  
 - Se la luna ruota intorno alla terra, perché vediamo sempre la stessa faccia? 

La risposta è che la velocità di rotazione della Luna intorno a se stessa, è perfettamente sincronizzata con quella di rivoluzione intorno alla Terra, di modo che questa ci rivolge sempre la stessa faccia.

 L'obiezione dei flat-earthers è allora:

- Per quale strana coincidenza dovrebbe verificarsi un fenomeno del genere? 
- Quali sono le probabilità che le due velocità si corrispondano in modo così esatto? 

Si tratta di un'obiezione giusta, infatti non si tratta affatto di una coincidenza.

Non a caso, nel sistema solare quasi tutte le lune rivolgono sempre la stessa faccia al loro pianeta.
La ragione di questo sincronismo sono appunto le maree. 

Torniamo un attimo sulla Terra.
E' chiaro che le enormi masse d'acque, che vengono coinvolte in occasione delle maree, hanno bisogno di una grande energia per essere sollevate.

Da dove arriva questa energia?
Viene dalla rotazione terrestre. Infatti, date le dimensioni del nostro pianeta, nel suo moto di rotazione è “immagazzinata” una grande riserva di energia, ed è essa che alimenta le maree. Nonostante le sue dimensioni, questa “riserva” non è comunque infinita, e quindi si “consuma” col passare del tempo. Il risultato è, che a causa delle maree, la velocità di rotazione terrestre sta diminuendo. Per la precisione ogni giorno è più corto del precedente di 60 nanosecondi.

Una differenza a prima vista minima, ma che sui lunghi periodi si fa sentire: infatti a causa di questo rallentamento, la rotazione terrestre si ritrova ad essere in ritardo rispetto ai precisissimi orologi atomici che scandiscono il tempo internazionale.

Per questo motivo ogni tanto diventa necessario regolare di nuovo gli orologi aggiungendo un secondo (il cosidetto “secondo intercalare”). L'ultima volta che ciò è accaduto è stato il 30 giugno 2015, a cui è stato dato un secondo in più. 

Il grafico rappresenta la differenza tra il tempo coordinato internazionale (UTC) e il tempo solare (UT1). I segmenti verticali corrispondono ai seccondi intercalari.

Ebbene, così come la Luna è in grado di rallentare la rotazione della Terra, allo stesso modo la Terra ha rallentato quella della Luna. Ed essendo la Terra molto più grande, e la Luna molto più piccola, il risultato è che la Luna ha rallentato di parecchio, fino a sincronizzare perfettamente il suo movimento di rotazione con il movimento di rivoluzione. 

 Ripetiamo che la forza di marea non è in grado di spostare solo le acque, ma addirittura di deformare i corpi solidi: infatti le forze di marea generate dalla Terra, hanno causato sulla luna una “protuberanza” di alcuni kilometri. 

All'epoca della sua formazione, molto probabilmente la Luna ruotava su se stessa, e quindi questa protuberanza non era stabile, ma ruotava, restando diretta verso la Terra. La rotazione della protuberanza dava luogo ad una piccola ma significativa forza che rallentò la rotazione della Luna. Col passare del tempo (decine di milioni di anni), la luna arrivò a sincronizzarsi perfettamente con il suo moto di rivoluzione intorno alla Terra, annullando così lo spostarsi della protuberanza. 

La stessa cosa è accaduta in quasi tutte le lune del sistema solare, che mostrano sempre la stessa faccia al loro pianeta.

Addirittura, nel caso di Plutone, perfino il pianeta stesso è in rotazione sincrona con la sua luna. 

Si vede quindi come la forza di gravità, basta da sola a spiegare un gran numero di fenomeni (alternanza giorno e notte, eclissi, maree...). Il contrario di quanto accade sulla terra piatta, dove per ogni nuova questione, diventa necessario inventare qualcosa di nuovo (accelerazione dielettrica, “sole nero”, cupole infrangibili, ologrammi...).

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Autore: Paolo M.