Come mai la Luna mostra sempre la stessa faccia?

La Luna gira effettivamente attorno al proprio asse e contemporaneamente compie un’orbita, della durata di circa 29 giorni, attorno alla Terra. La velocità di rotazione della Luna attorno al proprio asse è tale per cui essa ci rivolge sempre la stessa faccia.I fenomeni fisici che hanno portato a questa situazione (sostanzialmente il freno mareale imposto dalla Terra sulla Luna) sono spiegati in fondo all’articolo.

Per capire come sia verifichi questo effetto apparentemente stupefacente si può ricorrere ad un semplice “esperimento” domestico da fare con due persone.

Una delle due persone si pone al centro della stanza ed interpreta la Terra. L’altra persona si si mette a 2 metri di distanza dalla Terra ed interpreta la Luna. La Luna comincia a percorrere un cerchio attorno alla Terra con l’accortezza di guardare sempre la Terra (con il viso sempre rivolto verso l’altro interprete). La Terra se vuole può anche girare ma, se rimane ferma, si intuisce meglio l’effetto di cui stiamo parlando.

Prendiamo come verso di rotazione della Luna attorno alla Terra quello antiorario (che corrisponde alla realtà se osserviamo il tutto dalla faccia settentrionale del sistema). Immaginiamo che la Terra si trovi al centro del quadrante di un orologio e la Luna sia posta ad ore 12.

Ad ore 9 la Luna per mostrare la faccia alla Terra deve ruotare in senso antiorario di 90 gradi. A ore 6 dovrà aver ruotato di altri 90 gradi in senso antiorario, così che ora risulta aver fatto mezzo giro su se stessa. A ore 3 avrà ruotato ancora di 90 gradi e a ore 12 di altri 90.

Dunque, quando la Luna avrà compiuto un giro completo attorno alla Terra, l’interprete Luna avrà compiuto anche un giro completo attorno al proprio asse! La Luna quindi non può rivolgere a noi sempre la stessa faccia senza che essa compia un giro attorno a se stessa nello stesso tempo. Questo, in termini scientifici, si chiama rotazione sincrona o più precisamente, prendendo in prestito la terminologia della fisica atomica, risonanza spin orbita 1:1.

Si può vedere la cosa anche in un altro modo. Teniamo sempre la Terra al centro e la Luna a compiere un orbita completa attorno alla Terra, ma questa volta la Luna non deve ruotare su se stessa. Supponiamo di avere la Luna a ore 12 rispetto alla Terra che guarda la Terra. Ad ore 9 la Luna mostrerà il fianco sinistro alla Terra. A ore 6 mostrerà la schiena, a ore 3 il fianco destro e a ore 12 ancora la faccia.

Così vediamo che se la Luna non ruotasse su se stessa, noi ne vedremmo l’intera superficie e non soltanto una metà. È necessario cioè che la Luna in un mese compia una rotazione rispetto alle stelle in un mese affinché appaia non ruotare rispetto alla Terra.

Una volta chiarito come funziona il meccanismo secondo il quale la Luna ci mostra sempre la stessa faccia, facciamo qualche utile precisazione.

Vediamo più di metà della superficie lunare!

Per prima cosa, poiché c’è una piccola oscillazione nella velocità di rotazione lunare attorno alla Terra (dovuta all’orbita lunare ellittica), la Luna ci mostra un po’ più della metà della sua superficie (circa il 59% è alla portata dei nostri telescopi).  Si parla a questo proposito di “librazioni lunari“.

Perchè la Luna non ruota rispetto alla Terra?

Inoltre: come è avvenuto che la Luna, dalla sua origine dovuta probabilmente all’impatto con un pianeta (soprannominato Theia) grande come Marte circa 4,5 miliardi di anni fa, si è bloccata nella sua rotazione rispetto alla Terra? (Perchè in effetti la Luna, rispetto alla Terra, non ruota!)

Questo avvenne in tempi relativamente brevi: in appena 100 milioni di anni la Luna, a causa dell’enorme forza di marea esercitata dalla Terra su di essa, non riuscì più a “girarsi” rispetto al suo ingombrante vicino. La Terra esercita un’attrazione diversa sul lato vicino della Luna e su quello lontano, per cui la forma della Luna ne risulta deformata. Ruotare dentro una forma irregolare porta a frizione, surriscaldamento e, conseguentemente, emissione di energia sotto forma di radiazione. Nel giro di 100 milioni di anni, quindi, la Luna irraggiò nello spazio tutta l’energia cinetica di rotazione necessaria per mantenerla orientata sempre nello stesso modo rispetto alla Terra.

La Luna sta frenando la rotazione della Terra

Gli effetti di marea continuano ad agire sul sistema Terra-Luna, per cui la Terra oggi rallenta la propria rotazione al ritmo di circa 2 millesimi di secondo al secolo, e la Luna si allontana da noi alla velocità di circa 38 mm all’anno.

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