La Terra sta rallentando il suo moto

La rotazione della Terra attorno al proprio asse — quella che definisce il giorno solare di 24 ore — non è costante. Sta cambiando, in entrambe le direzioni, attraverso meccanismi diversi e su scale temporali diverse. Nel lungo termine (centinaia di milioni di anni), la Terra sta rallentando; nel breve termine (anni-decenni), può accelerare o decelerare a causa di fattori atmosferici, magnetosferici e geofisici interni. È un fenomeno reale, misurabile con precisione, con conseguenze tangibili per il calendario, per la navigazione satellitare e per i sistemi tecnologici moderni.

Il rallentamento secolare

Su scale geologiche di centinaia di milioni di anni, la Terra perde lentamente energia rotazionale a causa dell'attrito mareale con la Luna. Le maree oceaniche, generate dall'attrazione gravitazionale lunare, dissipano energia per attrito interno tra le masse d'acqua e il fondale marino. Questa energia viene "rubata" alla rotazione terrestre. Conseguenza: il giorno terrestre si allunga.

Le evidenze paleontologiche sono concordi:

• Coralli rugosi del Devoniano (400 milioni di anni fa) mostrano anelli giornalieri e annuali di accrescimento. Il numero di anelli giornalieri per anno indica che il Devoniano aveva 400 giorni all'anno, ovvero il giorno durava 21,9 ore.
• Stromatoliti del Proterozoico (2,5 miliardi di anni fa) suggeriscono giorni di soli 16-17 ore.
• Modello teorico: nel periodo della formazione della Luna (4,5 miliardi di anni fa), la Terra ruotava con un giorno di circa 6 ore.

Il tasso medio attuale di rallentamento è di circa 2,3 millisecondi per secolo. Significa che un giorno oggi è 2,3 ms più lungo di un giorno di un secolo fa. In duecento anni, accumuliamo circa 4,6 ms di "lag" — sufficiente per richiedere una correzione orologistica.

I leap seconds

Per mantenere allineato il tempo civile (basato sull'UTC, Coordinated Universal Time) con la rotazione effettiva della Terra (UT1), gli orologi internazionali aggiungono occasionalmente un "leap second" — un secondo extra al 31 dicembre o al 30 giugno. Dal 1972 a oggi sono stati introdotti 27 leap seconds: nel 1972, 1973 (×2), 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1981, 1982, 1983, 1985, 1987, 1989, 1990, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1998, 2005, 2008, 2012, 2015, 2016.

Curiosamente, dal 2016 non sono più stati necessari leap seconds — anzi, c'è stata una breve fase in cui la Terra ha accelerato. Tra 2020 e 2023 sono stati registrati i giorni più corti mai misurati (il 5 luglio 2020 fu di 1,4602 ms in meno delle 24 ore standard). È un'inversione momentanea del trend secolare di rallentamento.

Nel 2022 la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) ha votato a favore di una progressiva abolizione del leap second entro il 2035, rimpiazzandolo con un "leap minute" o "leap hour" da introdurre molto più raramente.

Le cause delle variazioni a breve termine

I cambiamenti di velocità di rotazione su scala anni-decenni sono dovuti a fattori multipli:

1. Atmosfera e venti zonali: lo scambio di momento angolare tra la rotazione solida della Terra e i venti atmosferici (in particolare i jet stream) può accelerare o decelerare temporaneamente la rotazione del sottosuolo terrestre.
2. Movimenti del nucleo interno: il nucleo solido interno della Terra ruota leggermente più velocemente del mantello sovrastante. Variazioni di questo "scivolamento" possono influenzare la rotazione complessiva.
3. Sismi e ridistribuzione di massa: grandi terremoti (Sumatra 2004, Tōhoku 2011, Cile 2010) ridistribuiscono massa terrestre — anche di poco — modificando il momento d'inerzia del pianeta. Il sisma di Tōhoku 2011 ha accorciato il giorno terrestre di circa 1,8 microsecondi.
4. Variazioni stagionali: l'inverno boreale rallenta leggermente la rotazione (più ghiaccio sui continenti); l'estate la accelera.
5. Cambiamento climatico: lo scioglimento dei ghiacci continentali (Groenlandia, Antartide) sta ridistribuendo massa verso gli oceani equatoriali, modificando il momento d'inerzia. Uno studio pubblicato su Nature nel marzo 2024 (Duncan Agnew, UC San Diego) ha suggerito che lo scioglimento glaciale sta in realtà ritardando la necessità di un leap second negativo che sarebbe stato altrimenti necessario nel prossimo decennio.

La Luna si allontana

Conseguenza diretta dell'attrito mareale: la Luna si allontana dalla Terra. Le riflettori Apollo lasciati sulla superficie lunare permettono misurazioni laser ad alta precisione che hanno documentato un allontanamento di circa 3,8 cm all'anno. Sulle scale geologiche, questo significa che la Luna era molto più vicina nel passato profondo: 4,5 miliardi di anni fa, subito dopo la sua formazione, era a soli 20.000-30.000 km dalla Terra (contro gli attuali 384.000 km).

La conseguenza simmetrica è che la rotazione terrestre rallenta — il sistema Terra-Luna conserva il momento angolare totale, distribuendolo diversamente.

Conseguenze pratiche

Le variazioni di rotazione hanno conseguenze tangibili nei sistemi tecnologici moderni:

• GPS: i satelliti GPS richiedono allineamento temporale con l'UTC al millisecondo. I leap seconds richiedono aggiornamenti software in tutta la flotta GPS.
• Reti finanziarie e di telecomunicazione: i trading algoritmi al microsecondo richiedono sincronizzazione precisa degli orologi. L'aggiunta di un leap second può causare bug nei sistemi non preparati (incidente di Reddit del 30 giugno 2012, vari altri).
• Calendario astronomico: la previsione esatta delle eclissi storiche (per esempio le eclissi babilonesi) richiede correzioni per il rallentamento progressivo.

Verso il futuro lontano

Estrapolando i tassi attuali su scale di miliardi di anni, il sistema Terra-Luna evolverà verso uno stato di sincronizzazione mareale completa: la rotazione terrestre rallenterà fino a corrispondere al periodo orbitale lunare (un giorno lungo come un mese lunare, circa 47 giorni attuali). A quel punto la Terra mostrerà sempre la stessa faccia alla Luna — come oggi la Luna fa con la Terra.

Questo stato finale non sarà mai raggiunto realmente, però: il Sole, nella sua fase di gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni, ingloberà la Terra (e probabilmente la Luna) molto prima che la sincronizzazione mareale completa avvenga.