1a parte: LA DISTRUZIONE
DEL SISTEMA TERRA-LUNA
Il continuo flusso e
riflusso delle maree rende esplicita l’azione di forze naturali che, seppur
invisibili, sono ben presenti; almeno a prima vista, anche le più intense onde di
marea appaiono così deboli da non poter apportare alcuna modifica sull'intero pianeta.
Eppure, questo infrangersi, a volte dolce altre violento, delle onde sulle coste
è l’effetto di un processo che al di fuori di ogni dubbio porterà, in un futuro
molto lontano, alla completa distruzione del sistema doppio Terra - Luna.
A chiunque viva vicino
alla costa o abbia trascorso qualche giorno navigando sull'oceano, è noto il
susseguirsi delle alte, così come delle basse maree, che si susseguono circa
ogni 20 ore. Tenendo unicamente conto delle alte maree, queste si verificano
all'incirca alla stessa ora in giorni successivi, mediamente separate da in un
intervallo di 24 ore e 51 minuti; ma poiché il periodo di rivoluzione della
Luna è esattamente di pari durata, è logico ipotizzare che maree e Luna sono in
stretta relazione tra loro: ad dimostrare scientificamente per la prima volta
tale connessione fu I.Newton, che espose una semplice ma corretta teoria delle
maree in funzione dell’attrazione gravitazionale del nostro satellite naturale.
Anche se la Luna è in gran
parte responsabile dell’insorgere delle maree, non bisogna dimenticare che anche
la nostra stella, il Sole, è coinvolto in questo fenomeno; in termini
quantitativi, il suo contributo è poco meno della metà di quello fornito dalla
Luna, anche se la forza di attrazione gravitazionale del Sole su ogni
particella di acqua è 180 volte maggiore della medesima esercitata dalla Luna.
Il motivo per cui l’entità dell‘attività mareale lunare è circa il doppio di
quella solare - nonostante la più debole forza gravitazionale del nostro
satellite naturale - è legato al fatto che per il fenomeno delle maree non è la
forza gravitazionale “totale” ad essere determinante quanto la differenza tra l’attrazione
cui è sottoposta una goccia d’acqua sull'emisfero terrestre rivolto verso la
Luna e quella sull'emisfero opposto.
Infatti, data la sua maggior
vicinanza della Luna alla Terra, tale differenza risulta accentuata esattamente
del doppio rispetto all'attrazione indotta Sole. Ad esempio, un grammo d’acqua situato
nel punto sub-lunare, essendo tale quantità più vicina alla Luna di quanto sia
il centro della Terra, subisce un attrazione molto più forte verso la Luna rispetto
a quella subita dalla medesima quantità d’acqua che si trovasse al centro della
Terra: proprio per questo motivo, gli oceani nel punto sub-lunare vengono
sollevati come fossero una massa unica, creando l’alta marea. Allo stesso tempo,
la medesima quantità d’acqua sulla parte opposta della Terra, essendo più
lontana dalla Luna di quanto lo sia il centro della Terra, subisce una minore attrazione
rispetto a quest’ultima: così, nella sua parte più distante dalla Luna, la
Terra viene spinta ad allontanarsi dall'acqua, provocando la formazione di un’altra
onda di alta marea. Ma poiché il punto sub-lunare si sposta lungo la superficie
terrestre seguendo il levarsi della Luna assieme al suo transito e tramonto
sull'orizzonte, le maree seguono la Luna come si trattasse di una lunga, bassa onda
di cui una cresta si trova proprio in corrispondenza del punto sub-lunare e l’altra
nell'emisfero opposto della Terra. Infatti, una persona che si trova su un’isola
a guardare il sorgere della Luna, osserva che l’acqua si alza prima dalla parte
più a Est dell’isola, poi sulla spiaggia a Sud e, infine, sulla spiaggia a Ovest;
infine, quando la Luna tramonta, l’acqua
si abbassa nuovamente. Negli oceani
molto profondi le maree sono un fenomeno unicamente superficiale, che originano
solo un piccolissimo spostamento d’acqua sul fondo del mare; al contrario, questo
diventa considerevole lungo le coste continentali, laddove l’acqua invade la
terra asciutta per poi retrocedere.
Tale andirivieni genera però
un attrito tra l’acqua e la terraferma, processo che converte l’energia
meccanica dell’acqua in calore; ma poiché le maree trattengono la loro energia
cinetica dall'energia di rotazione della Terra, ne consegue che il costante
crescere delle maree rallenta la velocità di rotazione del nostro pianeta, con
la diretta conseguenza dell’allungamento della durata del giorno. In un certo
senso, le maree agiscono come un enorme freno sulla rotazione della Terra,
rallentandola per attrito esattamente alla stregua dei freni di una vettura.
Sebbene tale rallentamento
mareale della Terra sia molto piccolo e l’allungamento del giorno molto
graduale, esso viene tuttavia misurato con estrema accuratezza confrontando i
tempi di inizio e fine delle eclissi recenti con quelli di eclissi passate; proprio
dalla discrepanza tra osservazioni e previsioni teoriche delle eclissi si
deduce che la velocità di rotazione terrestre è andata diminuendo nel corso del
tempo e che, parallelamente, il giorno si sta allungando: esattamente, di un
millesimo di secondo al secolo! Quantità piccolissima, ma pur presente.
Quantificando, l’energia
rotazionale così dispersa dalla Terra ad opera delle maree è prossima ai 2 miliardi
di KW. La conseguenza di ciò per il futuro del sistema Luna-Terra è che il
momento angolare di rotazione perso dalla Terra nel suo rallentamento è
trasmesso all'orbita lunare; nel rallentamento della velocità orbitale
terrestre per attrazione dell’acqua degli oceani, la Luna infatti guadagna il momento
angolare perso dalla Terra e viene, di conseguenza, spinta all'esterno della
sua attuale orbita che va quindi ad ampliarsi nel tempo.
L’effetto diretto delle
maree è proprio un continuo allontanamento della Luna dalla Terra e un costante
aumento della durata dei mesi. Circa 4 miliardi di anni fa, la Luna si trovava
a “soli” 18 mila km dal centro della Terra, il tempo di rotazione del nostro
pianeta era, velocissimo, di sole 5 ore e i mesi erano poco più lunghi di un
giorno! L’attuale lunghezza del giorno, dei mesi e l’attuale struttura del
sistema Terra - Luna sono diretta conseguenza delle attività mareali degli ultimi
4 miliardi di anni; alla pari di quanto avvenuto in questo lunghissimo lasso
temporale, anche in futuro il sistema Terra - Luna cambierà lentamente nella
stessa modalità, finché la durata del mese e del giorno saranno rispettivamente
di 47 giorni attuali terrestri l’uno e di 4 ore l’altro. Quando ciò accadrà, la
Terra rivolgerà sempre lo medesimo emisfero verso la Luna e il nostro satellite
sarà continuamente visibile solo da una parte della Terra, senza mai sorgere ne
tramontare. Tuttavia, data l’estrema lentezza dell’azione mareale, non si
verificherà che tra molti miliardi di anni…
Anche se in quella
lontanissima epoca la Luna non provocherà più il levarsi o il calare delle maree
producendo, anzi, un raddoppio costante dell’innalzamento del livello degli
oceani, tale funzione sarà allora svolta dal Sole, la cui azione rallenterà
ulteriormente la rotazione terrestre finché, questa volta, il giorno diventerà
più lungo del mese. Contemporaneamente, la Luna comincerà ad avvicinarsi di
nuovo alla Terra; alla ricerca di equilibri gravitazionali, allora il sistema Terra
- Luna si allontanerà dal Sole, per cui il mese diventerà più breve mentre si
allungherà la durata del giorno e dell’anno. Tale processo continuerà fino a
che la distanza della Luna dal centro della Terra non sarà inferiore a 18 mila
km, valore critico per la Luna noto anche come “limite di Roche”: a quella
distanza, infatti, l’azione mareale della Terra sarà tale da ridurre Luna in
frammenti che andranno a disporsi formando un anello attorno alla Terra; gli
anelli dei pianeti giganti si sono formati proprio in questo modo, quando alcune
delle loro lune, in un lontano passato, si avvicinarono troppo ad essi,
oltrepassando la soglia del limite di Roche di quei pianeti.
Prima di essere distrutta
dall'azione mareale terrestre, la Luna stessa provocherà enormi onde mareali
sulla Terra alterandone completamente la struttura; poiché la forza mareale è
inversamente proporzionale al cubo della distanza della Luna dal centro della
Terra, essa aumenta quindi assai rapidamente, non appena la Luna si avvicina
alla Terra. Ad una distanza di 8 mila km, la Luna si troverà quindi 24 volte
più vicina alla Terra di quanto non lo sia ora e, come diretta conseguenza, la
sua azione mareale sarà anche 15 mila volte maggiore! Le maree oceaniche, in
quel lontano futuro al loro limite massimo, diverranno alte centinaia di metri
e invaderanno completamente le terre emerse al sorgere del nostro satellite
naturale.
Tuttavia, questa non
sarebbe la peggior conseguenza, in quanto la Luna potrebbe anche alterare l’intera
struttura terrestre producendo ampie onde mareali nelle regioni interne che, propagandosi, potrebbero provocare anche terremoti ed eruzioni vulcaniche. Anche se la
Terra non venisse distrutta da tali cataclismi, allora, assai probabilmente, ogni
forma di vita risulterebbe estinta. Col passare del tempo, ovvero dopo che la
Terra avrà ridotto in frammenti la Luna, le violente eruzioni e i terremoti
cesseranno e la vita, probabilmente, riprenderà a svilupparsi sulla terra ferma
così come avvenuto in passato, seppur con unica differenza: la Luna, che in
passato, inducendo le maree, aveva permesso agli organismi viventi di battigia
di evolversi da marini ad anfibi, allora non esisterà più…
Ma questa non è ancora la
fine dell’evoluzione “mareale” della Terra in quanto, a causa dell’azione
gravitazionale del Sole, la lunghezza del giorno aumenterà fino ad eguagliare la
durata dell’anno, quest’ultimo incrementando la sua durata di qualche
settimana. La Terra mostrerà sempre lo stesso emisfero rivolto al Sole mentre l’altro
si troverà sempre in eterna ombra; infatti, l’emisfero della Terra che riceve i
raggi solari diverrà un deserto insopportabilmente caldo mentre la parte in
ombra si coprirà di estesi manti glaciali spessi migliaia di metri. I due
emisferi, proibitivi per l’esistenza, sarebbero separati da una zona “limite”, larga
solo poche centinaia di chilometri, in cui potrebbero esistere ed adattarsi forme
di vita.
Tuttavia, questi ultimi eventi
descritti, pur possibili, molto probabilmente non accadranno mai in quanto il
tempo necessario al loro compimento effettivo è così grande che il Sole stesso
avrà cambiato drasticamente la sua stessa struttura, molto prima che la futura durata
del giorno e del mese diventino uguali. E sarà allora, a seguito della “grande”
trasformazione che subirà la nostra stella madre, che la Terra dovrà affrontare
il suo destino ultimo, ancora incerto allo stato dell’arte delle attuali
conoscenze sull'evoluzione futura del Sistema Solare. (...continua)
Part 1: THE EARTH-MOON SYSTEM DESTRUCTION
The constant ebb and flow of the tides makes explicit
the action of natural forces which, though invisible, are present indeed; at
least at first glance, even the most intense tidal waves appear so weak that
they cannot make any changes on the planet. Nevertheless, the sometimes sweet and
others violent crashes of waves on the coast is the direct effect of a process that,
with of any doubt, in a very distant future will lead the Earth – Moon double system
to complete destruction.
Anyone who live near the coast or have spent some days
sailing on the ocean know a succession of high as well as the low tides, which
occur about every 20 hours. Taking into account only the high tides, these
occur at about the same time on successive days, on average separated by an
interval of 24 hours and 51 minutes; since the period of revolution of the Moon
is exactly of the same length, it is logical to assume that the tides and the Moon
are in close relationship to one another: something that was scientifically
demonstrated for the first time by I.Newton, which set forth a simple but
correct theory of tides as a function of the gravitational pull of our natural
satellite.
Although the Moon is in large part responsible for the
onset of the tides, we must not forget that even our own star, the Sun, is involved
in this phenomenon; in quantitative terms, its contribution is slightly less
than half of that provided by the Moon, although the gravitational pull of the
Sun on each particle of water is 180 times greater than the same exerted by the
Moon. The reason why the magnitude of the lunar tides is about twice the solar
ones - despite the weaker gravitational force of our natural satellite - is directly
linked to the fact that for tides it is not the gravitational "total"
force to be decisive but the difference between the attraction which it is
subjected a drop of water on the Earth’s hemisphere facing the Moon and the
opposite one.
In fact, given the Moon’s greater proximity to the
Earth, this difference is accentuated exactly than double the attraction
induced by Sun. For example, one gram of water located in the sub-lunar point,
being this quantity nearest to the Moon than the center of the Earth itself, it
takes a much stronger attraction to the Moon compared to the one suffered from
the same amount of water that would be present at the center of the Earth: for
this reason, the oceans in the sub-lunar point are just raised as if they were
a single mass, so creating high tides. At the same time, the same amount of
water present on the opposite side of the Earth, being more distant from the
Moon than the center of the Earth, it undergoes a lesser attraction as compared
to the latter: thus, in the part most distant from the Moon, the Earth is
pushed to move away by the water, causing the formation of a new wave of high
tide. Since the sub-lunar point moves along the surface of the Earth following Moon’s
rising, transit and sunset, the tides follow the Moon along its path, the tides
just follow the Moon as it was a very long and low wave whose crest is right at
the point sub-lunar and the other in the opposite hemisphere of the Earth. As a
direct consequence, a person who is on an island watching the rising of the Moon,
would observe that the water rises from the eastern part of the island, then on
South thus on the western beach. Finally, when the Moon sets, the water is
lowered again. In very deep oceans the tides are only a superficial phenomenon,
which originate only a very small displacement of water on the bottom of the
sea; on the contrary, this effect becomes stronger on continental coasts, where
water invades the shoreline and then recede.
This coming and going, however, creates friction
between the water and the land, a process that converts water’s mechanical
energy to heat; since the tides retain their kinetic energy from the energy of rotation
of the Earth, thus the constant growth of the tides slows down the rotation’s speed
of our planet and, as a direct consequence, days lengthen. In a sense, the
tides act as a huge brake on the rotation of the Earth, slowing it down by
friction exactly the same way as a car’s brakes.
Although this tidal slowing of the Earth is very small
and very gradual lengthening of the day, it is possible to measure it with
extreme accuracy by comparing the times of the beginning and ending of recent and
past eclipses; just by the discrepancy between observations and theoretical
predictions of eclipses, it can be deduced that the speed of rotation of the
Earth has been decreasing over time and that, at the same time, the day is
getting longer: exactly one thousandth of a second per century! A very small
amount indeed, but still present.
Quantifying the rotational energy lost by the Earth because
of the tides, it is close to 2 billion KW. The future consequence on the Earth-Moon
double system is that the angular momentum lost by the Earth's slowing rotation
is transmitted to the lunar orbit: by the Earth's slowing because of the oceans,
the Moon gains the same amount of angular momentum lost by the Earth and is,
therefore, pushed out of its current orbit which widens over time.
The direct effect of the tides is just a continuous
removal of the Moon from the Earth and a steady increase in the duration of
months on the planet. About 4 billion years ago, the Moon was "only" at
18,000 km from the center of the Earth, the time of rotation of our planet was
very fast, only 5 hours, and months were a little longer than a day! The actual
length of the day, the month and the current structure of the Earth - Moon system
are a direct result of tidal activities in the last 4 billion years; but even in
the future the Earth - Moon system will slowly change in the same way, until the
duration of the month and the day will be 47 current days and 4 hours respectively.
When that happens, the Earth will always show the same hemisphere to the Moon
and the Moon will be continuously visible only by one side of the Earth,
without rising nor setting. However, given the extreme slowness of tidal
action, this will not occur but in many billions of years...
Even if in that distant epoch the Moon will not cause
the rise and fall of the tides but a constant of rising of ocean levels, then
this function will be performed by the Sun itself, whose action will further
slow the Earth's rotation until, this time, the day becomes longer than the
month. At the same time, the Moon will begin to approach back to the Earth;
looking for gravitational equilibrium, then the system Earth - Moon will move outward
from the Sun, so the month will become shorter: in the meanwhile, the duration
of the day and year will lengthen. This process will continue until the Moon's
distance from the center of the Earth will not be less than 18,000 km, a
critical value for the Moon also known as "Roche limit": at that
distance, in fact, the strong tidal action of the Earth will be such to reduce
Moon in fragments that will be arranged to form a ring around the Earth; the rings
of the giant planets were formed by this way, when some of their moons, in distant
past times, came too close to them, crossing the threshold of the Roche limit
of those planets.
Before being destroyed by the tidal action of the Earth,
the Moon itself will cause huge tidal waves on Earth altering its structure; since
the tidal force is inversely proportional to the cube of the distance of the
Moon from the Earth's center, then it increases very rapidly as soon as the Moon
is closer to Earth. At a distance of 8000 km, the Moon will thus be 24 times
closer to Earth than it is now: as a direct consequence, its tidal action will
also be 15,000 times greater! In other words, the ocean tides, at their maximum
limit, will be hundreds of meters high and fully invade the land along with the
rise of our natural satellite above the horizon.
However, this would not be the worst result, since the
Moon will likely alter the entire terrestrial structure producing wide tidal
waves in the inner land regions that, just propagating within the Earth's surface, would likely cause earthquakes and
volcanic eruptions as well. Even if the Earth was not destroyed by these huge disasters,
then, most likely, all life would be extinguished. As time goes on, after
the Earth will reduce the Moon to fragments, the violent eruptions and
earthquakes will cease and life will probably resume to grow on dry land as
well as in the past, but this time with only one important difference: the Moon, which in
the past caused the tides, letting living organisms on the shorelines to evolve
from marine to amphibians, then no longer will exist...
But even this one will be not the ultimate Earth’s
tidal forces evolution since, due to the tidal action of the Sun, the day
length will increase to equal the duration of the year, the latter by
increasing it duration by some weeks. The Earth will always show the same
hemisphere facing the Sun while the other will always be in eternal shade; in
fact, the Earth’s hemisphere that will receive the sunlight will become a
desert unbearably hot while the shaded part will be covered with thick ice
mantles, thousands of meters deep. The two hemispheres, prohibitive for
existence, would be likely separated from an area only a few hundred kilometers
wide, where forms of life could, perhaps, exist and adapt.
The latter events just described, although possible,
most likely will never happen since the time necessary for their effective
fulfillment is so great that the Sun itself will drastically change its
structure in the meanwhile, long before the future duration of the day and the
month become equal. As a result of a "great" transformation that our
parent star will undergo, the Earth will face then its ultimate destiny, today still
uncertain. (...to be continued)
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