Circa due miliardi di anni fa fino a 600 milioni di anni fa, una marea atmosferica guidata dal Sole ha contrastato l'effetto gravitazionale della Luna, mantenendo costante la velocità di rotazione terrestre e, quindi, la durata del giorno a 19,5 ore.
Senza questa pausa di un miliardo di anni nel rallentamento della rotazione del nostro pianeta, adesso i giorni non sarebbero di 24 ore ma di 60 ore.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
Gli autori del documento includono Norman Murray, un astrofisico teorico del Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) di U of T; lo studente laureato Hanbo Wu, CITA e Dipartimento di Fisica, U of T; Kristen Menou, David A. Dunlap Dipartimento di astronomia e astrofisica e Dipartimento di scienze fisiche e ambientali, U of T Scarborough; Jeremy Laconte, Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux e postdottorato CITA e Christopher Lee, Dipartimento di Fisica, U of T.

 

Braccio di ferro

Quando la Luna si è formata circa 4,5 miliardi di anni fa, il giorno terrestre durava meno di 10 ore. Ma da allora, l'effetto della sua attrazione gravitazionale sulla Terra ha rallentato la rotazione del pianeta. Oggi, i giorni continuano ad allungarsi a una velocità di circa 1,7 millisecondi ogni secolo.

La Luna rallenta la rotazione della Terra attirando a sé gli oceani e creando rigonfiamenti di marea sui lati opposti del pianeta. Questo effetto gravitazionale, oltre all'attrito tra le maree e il fondale oceanico, agisce come un freno sul nostro mondo rotante. Tuttavia, anche "la radiazione solare produce una marea atmosferica [note come maree termiche] con lo stesso tipo di rigonfiamenti", spiega Murray. "La gravità del Sole attira questi rigonfiamenti atmosferici, producendo una coppia mareale sulla Terra. Ma invece di rallentare la rotazione terrestre come la Luna, la accelera". In pratica ciò accade quando le maree termiche solari hanno una forma e fase che si accoppia al campo mareale gravitazionale del Sole, producendo un effetto maggiore.

Per la maggior parte della storia geologica della Terra, le maree lunari hanno sopraffatto le maree solari di circa un fattore dieci; quindi, ha prevalso il rallentamento della velocità di rotazione del pianeta e l'allungamento dei giorni. Ma circa due miliardi di anni fa, i rigonfiamenti atmosferici erano più grandi perché l'atmosfera era più calda e perché la sua risonanza naturale, la frequenza con cui le onde si muovono attraverso di essa, corrispondeva alla lunghezza del giorno.

L'atmosfera, come una campana, risuona a una frequenza determinata da vari fattori, tra cui la temperatura (lo stesso principio spiega perché una campana produce sempre la stessa nota se la sua temperatura è costante).
Durante la maggior parte della storia della Terra, la risonanza atmosferica non è stata sincronizzata con la velocità di rotazione del pianeta. Oggi ciascuna delle due "alte maree" atmosferiche impiega 22,8 ore per fare il giro del mondo e poiché quella risonanza e il periodo di rotazione terrestre di 24 ore, non sono sincronizzati, la marea atmosferica è relativamente piccola. Tuttavia, in passato l'atmosfera era più calda e, nel lasso di tempo preso in esame dallo studio, risuonava su un periodo di 10 ore.

Quando la risonanza atmosferica e la lunghezza del giorno divennero fattori pari, dieci e venti, la marea atmosferica si rafforzò, i rigonfiamenti divennero più grandi e l'attrazione mareale del Sole divenne abbastanza forte da contrastare la marea lunare.
"È come spingere un bambino su un'altalena", dice Murray. "Se la tua spinta e il periodo dell'oscillazione non sono sincronizzati, non andrà molto in alto. Ma, se sono sincronizzati e stai spingendo proprio mentre l'oscillazione si ferma a un'estremità della sua corsa, la spinta si aggiungerà allo slancio dell'oscillazione e andrà sempre più in alto. Questo è quello che è successo con la risonanza atmosferica e la marea".

Giorni più lunghi

Il team ha basato il proprio lavoro su prove geologiche e su modelli di circolazione atmosferica globale (GCM) per prevedere la temperatura dell'atmosfera durante il periodo considerato. I GCM sono gli stessi modelli usati dai climatologi per studiare il riscaldamento globale.

Questi risultati aggiungono un elemento in più al grande puzzle della crisi climatica. Poiché la risonanza atmosferica cambia con la temperatura, Murray sottolinea che la nostra attuale atmosfera in riscaldamento potrebbe avere conseguenze nello squilibrio di marea.
"Mentre aumentiamo la temperatura della Terra con il riscaldamento globale, stiamo anche facendo alzare la frequenza di risonanza, ovvero stiamo spostando la nostra atmosfera più lontano dalla risonanza. Di conseguenza, c'è meno coppia dal Sole e quindi, la lunghezza del giorno aumenterà prima del previsto".