Vita senza la Luna: una speculazione scientifica Understand article

Tradotto da Paolo Sudiro. Temperature crescenti, un paesaggio allagato, venti violenti… Come sarebbe il nostro pianeta senza la Luna?

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concessa da Erin Tranfield /
Goloverez / iStockphoto

La Luna, der Mondla lune. Il suo nome, e anche il suo genere, cambiano da una lingua all’altra ma non c’è dubbio che è la chiave della nostra visione della Terra. Potete immaginare una Terra senza una luna? Nessun oggetto bello e luminoso che attraversa il cielo notturno, sospeso sopra l’orizzonte, occhieggiante tra gli alberi in una fredda notte invernale? Nessuna romantica luce lunare, nessuna Blue Moon, e nessun allunaggio. Non solo ci mancherebbe – senza la Luna noi potremmo addirittura non esistere.

Proviamo ad immaginare due scenari: (i) che la Terra non abbia mai avuto una luna e (ii) che la luna svanisca all’improvviso. Ma prima riassumiamo gli effetti della Luna sulla Terra.

Tempo e maree: l’influenza della Luna sulla Terra

La Terra non ha sempre avuto una Luna, quindi da dove mai è venuta? La più accreditata teoria scientifica sulla formazione della Luna suppone che un oggetto all’incirca delle dimensioni di Marte, chiamato Theia, si sia schiantato contro la Terra circa 4.5 miliardi di anni fa. Colpendo obliquamente il pianeta avrebbe sollevato una nube di detriti che poi si sarebbero aggregati per formare la Luna. Questo evento ebbe effetti importanti sulla Terra.

Si ritiene che la Luna si sia
formata in seguito ad un
impatto ad alta velocità,
quando un oggetto delle
dimensioni di Marte si
schiantò contro la giovane
Terra circa 4.5 miliardi di
anni fa. La roccia fusa, il
vapore e i detriti prodotti
dall’impatto si mescolarono
con detriti di origine
terrestre per formare un
anello intorno al nostro
pianeta. Nel corso del tempo
questi detriti si aggregarono
formando la Luna.

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concessa da NASA/JPL-Caltech

La Terra e la sua nuova luna esercitarono una reciproca forza gravitazionale, rallentando la rotazione della Terra ed allungando la durata del giorno terrestre da 5 a 24 ore (Touma & Wisdom, 1998). In effetti ancora oggi la Luna continua a rallentare la rotazione della Terra, sebbene solo di 0.002 secondi per secolo (figura 1).

Figura 1: La Terra (A) ruota, mentre la Luna (B) le orbita attorno. L’attrazione gravitazionale della Luna provoca un rigonfiamento tidale (C): l’acqua della Terra viene tirata verso la Luna.

1) La Terra ruota più velocemente di quanto la Luna impiega ad orbitare attorno alla Terra, provocando un attrito man mano che il terreno ruota sotto il rigonfiamento tidale. L’attrito tra il terreno ed il rigonfiamento tidale spinge ulteriormente il rigonfiamento tidale (C), così che questo si trova in anticipo rispetto alla linea di congiunzione tra la Terra e la Luna (D).

2) La forza di attrito (F) tra la Terra e l’oceano agisce come un freno. Questa forza è detta tidale e ‘tira’ la Terra indietro lungo l’orbita, con l’effetto di rallentare la rotazione terrestre. Il freno tidale influenza anche la Luna attraverso la forza (E), che ‘tira’ la Luna in avanti sulla sua orbita, accelerando in questo modo la velocità di rotazione della Luna. Questo provoca un lento allargamento dell’orbita della Luna, facendola allontanare sempre più dalla Terra. Cliccare sull’immagine per ingrandirla.
Imagine gentilmente concessa da Nicola Graf

L’attrazione gravitazionale tra la Terra e la Luna ha anche stabilizzato l’inclinazioone dell’asse di rotazione terrestre ed è l’attuale inclinazione costante di 23.5° che dà alla Terra il suo clima e le sue stagioni relativamente stabili e costanti (figura 2). Senza la Luna, invece, l’asse avrebbe continuato ad oscillare.

Figura 2: L’attrazione gravitazionale tra la Terra e la Luna stabilizza l’inclinazione dell’asse terrestre, dando alla Terra il suo clima e le sue stagioni relativamente stabili e prevedibili. Poiché la Luna orbita attorno alla Terra ed è più vicina di qualsiasi altro pianeta, la sua trazione gravitazionale è più forte e quasi costante. Senza la Luna, la Terra sarebbe soggetta alla trazione degli altri pianeti mentre orbitano attorno al Sole: quando Giove è vicino tirerebbe la Terra in una direzione, quando Marte è vicino tirerebbe in un’altra. La Terra, quindi, sarebbe soggetta a forze diverse e il suo asse oscillerebbe (Immagine non in scala). Cliccare sull’immagine per ingrandirla.
Immagine gentilmente concessa da NASA / JPL

Un’altra caratteristica del nostro pianeta sono i suoi oceani: oltre il 70% della superficie del pianeta è coperta da acqua salata, che si solleva e si abbassa in un ciclo di marea di 12.5 ore. Le forze che provocano le maree sono complesse e non solo comprendono la forza cetrifuga della rotazione terrestre, ma anche la trazione gravitazionale della Luna e del Sole (figura 3). L’effetto della Luna è tuttavia il doppio di quello del Sole; questo perché la forza gravitazionale che un oggetto esercita su un altro dipende sia dalla sua massa che dalla sua distanza.

Figura 3: Sia la Luna che il Sole, attraverso la loro trazione gravitazionale sulla Terra, influenzano le maree. L’attrazione gravitazionale della Luna fa sollevare gli oceani in direzione della Luna. Un altro rigonfiamento si forma sul lato opposto, poiché anche la Terra viene attirata verso la Luna (e lontano dall’acqua sul lato opposto). Dato che la Terra ruota su se stessa, questi rigonfiamenti (alte maree, A) si formano due volte al giorno in ogni punto del pianeta.

Le mare presentano anche un andamento legato al ciclo lunare. Quando la Luna ed il Sole sono allineati (alla luna nuova, B, o in luna piena, C), la loro trazione gravitazionale combinata è più forte e le maree sono più alte (maree sizigiali). Quando la Luna è al suo primo quarto (D) o al terzo quarto (E), le maree sono minime (maree di quadratura). Cliccare sull’immagine per ingrandirla.
Immagine gentilmente concessa da Nicola Graf

Noi non sappiamo quanto la Luna fosse vicina alla Terra quando si è formata, ma sappiamo per certo che era più lontana di 12000 km e più vicina di oggi (circa 348400 km). Ciò significa che all’inizio provocava maree molto più alte di oggi – maree che si ritiene siano state importanti per il mescolamento degli oceani e l’evoluzione della vita, circa 3.8 miliardi di anni fa (Comins, 1996).

È interessante notare che le maree e la rotazione terrestre a loro volta influenzano anche la Luna. Insieme, esse esercitano una trazione sulla Luna, facendola ruotare un po’ più velocemente e, man mano che la rotazione accelera, la fanno spostare un po’ più lontano dalla Terra – sebbene ad un tasso di solo 3.82 cm all’anno (figura 1).

Scenario 1: che cosa sarebbe successo se non avessimo mai avuto una luna?

Le tartarughe marine
(Chelonioidea) tendon a
deporre le loro uova durante
le maree di sizigie, quando si
verificano le alte maree
maggiori. Queste maree
permettono alle femmine di
tartaruga di nuotare sulla
spiaggia e deporre le loro
uova al di sopra del limite
dell’alta marea (dove
poossno incubare meglio).

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da Kubrak78 / iStockphoto

Che cosa sarebbe successo se, circa 4.5 miliardi di anni fa, Theia fosse andata tranquillamente per la sua strada senza colpire la Terra e formare la Luna? Bene, una qualche forma di vita sarebbe probabilmente comparsa comunque sulla Terra, ma certamente non gli esseri umani. Pensate al lungo percorso dell’evoluzione, i piccolo cambiamenti, i minuti adattamenti degli organismi al loro ambiente. Sarebbero stati sufficienti piccole variazioni dell’ambiente terrestre per alterare drasticamente il corso dell’evoluzione. Io non avrei scritto questo articolo – e voi non l’avreste letto.

E se la Luna non si fosse mai formata, la Terra sarebbe stata un posto molto, molto diverso. Un giorno terrestre sarebbe durato solo 8-10 h, senza luna a rallentarlo. La rotazione più rapida avrebbe prodotto venti di 160-200 km/h. L’inclinazione dell’asse terrestre avrebbe oscillato, provocando variazioni estreme di temperatura nell’arco di migliaia o milioni di anni. E sebbene i nostri mari avrebbero ancora avuto delle maree, queste sarebbero state più piccole, prodotte solo dal Sole.

Potreste chiedere ai vostri studenti di immaginare quale tipo di vita potrebbe essersi evoluta in una Terra senza luna, in grado di sopportare variazioni estreme di temperaura, forti venti, piccole maree e giorni brevi.

Scenario 2: cosa succederebbe se la nostra Luna svanisse all’improvviso?

Le meduse (Cnidaria) e molti
altri gruppi di animali dello
zooplankton marino e di
acqua dolce si muovono su
e giù nella colonna d’acqua
seguendo un ritmo
giornaliero. Se la Luna
dovesse scomparire, i giorni
terrestri diventerebbero più
corti e questi animali
dovrebbero adattarsi a ritmi
giornalieri più brevi.

Immagine gentilmente
concessa da Nicolas Hoizey
/ Flickr

Supponiamo che la Luna dovesse svanire domani. Noi e tutti gli altri organismi terrestri saremmo in guai seri: noi ci siamo evoluti per vivere in un insieme di condizioni particolari e ci troveremmo ad affrontare un ambiente radicalmente differente. Questi cambiamenti si verificherebbero nel corso di migliaia o milioni di anni, che può sembrare un tempo molto lungo, ma i cambiamenti sarebbero drammatici.

Senza la Luna perderemmo nuovamente la stabilità dell’asse terrestre, e con quella anche le nostre temperature prevedibili. Consideriamo due città: Roma, in Italia, e Stoccolma, in Svezia. In estate la temperatura media di Roma è 29 °C e in inverno la temperatura media è di 13 °C. A Stoccolma, la media in estate è di 20 °C e in inverno di 0 °Cw1. Se l’inclinazione dell’asse terrestre dovesse cambiare, le temperature in queste due città cambierebbero drasticamente. Immaginate se le temperature si scambiassero: le infrastrutture (ad esempio il condizionamento d’aria o gli spazzaneve) non sarebbero semplicemente al posto giusto per permettere alle persone di vivere, lavorare e mangiare confortevolmente. Gli Italiani, gli Svedesi ed il resto delle forme di vita sulla Terra dovrebbero adattarsi o estinguersi.

Molti organismi, come i cervi,
si accoppiano in specifici
periodi dell’anno. Quale
effetto potrebbe avere la
perdita della Luna – e delle
nostre stagioni – su questi
organismi?

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concessa da Alex Groundwater
/ Flickr

Spostarsi potrebbe essere una possibilità, ma non tutti gli organismi possono farlo. Le scogliere coralline, ad esempio, sono ecosistemi sensibili e complessi che potrebbero non essere in grado di adattarsi con sufficiente rapidità a variazioni di temperatura dell’acqua e molto probabilmente si estinguerebbero (Saxby et al., 2003).

Inoltre, col cambiare della temperatura, la Terra perderebbe le sue regioni stabilmente fredde: i poli, che contengono grandi quantità di ghiaccio. Questo ghiaccio potrebbe sciogliersi e gli oceani si solleverebbero, cambiando le linee di costa in tutto il mondo. Paesi come l’Olanda verrebbero coperti dal mare.

Con la perdita della stabilità dell’asse terrestre, noi perderemmo anche la regolarità delle nostre stagioni, con conseguenze di lunga portata. Pensiamo a come molti organismi crescono, si accoppiano, migrano o vanno in letargo in perticolari periodi dell’anno. Qualsiasi cambiamento importante nella temperatura influenzerebbe la stagione di crescita ed il clima per le piante, rendendo più difficile la produzione di cibo per miliardi di persone sulla Terra.

Se noi perdessimo la nostra
Luna, e quindi le nostre
stagioni regolari, come
verrebbero influenzati gli
alberi decidui – che offrono
questi meravigliosi colori
autunnali nel Districk Lake in
Gran Bretagna?

Immagine gentilmente
concessa da midlander1231 /
Flickr

Niente altro che sciocchezze?

Voi potreste aspettarvi di non trovare molta speculazione in un articolo scientifico. Tuttavia, incoraggiare i vostri studenti ad immaginare un mondo senza luna è un esercizio divertente per illustrare tutti i modi interessanti con cui la Luna rende la Terra il meraviglioso pianeta che conosciamo. Un simile esercizio non solo introduce un po’ di fisica complessa in un contesto semplice, ma offre anche agli studenti un’opportunità per pernsare al corso dell’evoluzione ed ai modi in cui ogni aspetto delle nostre vite è influenzato dal nostro ambiente.

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Author(s)

Erin Tranfield ha completato il suo PhD nel maggio 2007 presso il Dipartimento di Patologia e Laboratorio di Medicina dell’Università di British Columbia, a Vancouver, in Canada. Ha quindi passato due anni al Centro di Ricerca Ames della NASA di Moffett Field, in California, USA, studiando gli effetti della polvere lunare sulla fisiologia e patologia umane. Attualmente Erin lavora al Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare di Heidelberg, in Germania, occupandosi della ricostruzione tridimensionale del fuso meiotico per mezzo della tomografia elettronica ad alta risoluzione.

Erin è attualmente professore aggiunto alla International Space Universityw2 ed è membro del gruppo di studio sulla tossicità della polvere lunare all’Agenzia Spaziale Europea.


Review

La Luna è sempre stata presente nelle nostre vite e molti di noi non si rendono conto della sua importanza. Prima di leggere questo articolo, gli studenti potrebbero meditare e discutere sull’influenza della Luna sulla Terra. La discussione potrebbe venire condotta in piccoli gruppi dove tutti i componenti avrebbero la possibilità di esprimere la loro opinione.

Poiché l’articolo fornisce informazioni sul ruolo della Luna nell’origine e l’evoluzione della vita, potrebbe essere usato anche come introduzione ai meccanismi dell’evoluzione. Gli studenti potrebbero poi discutere degli effetti che hanno gli esseri umani sull’ambiente.

Infine, l’articolo offre anche un contesto per l’insegnamento di concetti di fisica, in particolare lo studio dei campi gravitazionali, aiutando quindi a risvegliare l’interesse sull’argomento.

L’articolo potrebbe venire usato come esercizio di comprensione, per mezzo di domande come:

  • Che origine ha la Luna?
  • Che effetto ha la Luna sulla Terra?
  • Che ruolo ha avuto la Luna sull’origine e l’evoluzione della vita sulla Terra?
  • Che cosa succederebbe se la Luna svanisse all’improvviso?

Mireia Guell Serra, Spagna




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