Nell’ottobre del 2017, Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) celebra cento giorni di raccolta di dati scientifici sulla Luna. Cento giorni di luna. Ecco 100 opportunità per osservare i cambiamenti dalla notte al giorno, fotografare la superficie a diversi angoli del sole, misurare l’aumento e la diminuzione delle temperature e studiare il modo in cui alcune sostanze chimiche reagiscono al ciclo giornaliero di luce e temperatura, tra le altre cose. Ma ci si potrebbe chiedere…
Che cos’è un giorno lunare?
Cosa intendiamo quando diciamo che LRO è stato sulla Luna per 100 giorni lunari? La risposta breve è questa: un giorno è il periodo di tempo tra due noons o tramonti. Sono 24 ore sulla Terra, 708,7 ore (29,53 giorni terrestri) sulla Luna. Possiamo vedere un giorno che passa sulla Luna guardando il suo ciclo di fasi di un mese, e a partire dal 16 ottobre 2017, LRO ha osservato questo ciclo 100 volte dall’inizio della sua missione di esplorazione e scienza il 15 settembre 2009.
Ma come spesso accade in astronomia, la situazione è in realtà un po ‘ più complicata. Il problema inizia semplicemente inchiodando una definizione della parola giorno.
In un dato luogo sulla Terra, un giorno solare locale è il tempo necessario al Sole per tornare allo stesso punto nel cielo. Per essere più precisi, definiamo una linea nel cielo, il meridiano, che corre tra verso nord e verso sud e passa attraverso lo zenit (il punto dritto). Mezzogiorno locale è il momento in cui il Sole è centrato sul meridiano, e un giorno solare locale è il tempo tra due noons locali successivi.
La durata di questo tipo di giornata varia durante tutto l’anno. Attualmente, può essere fino a 21 secondi più breve o 29 secondi più lungo di 24 ore. Questa variazione è dovuta all’eccentricità dell’orbita terrestre (l’orbita è un’ellisse, non un cerchio) e all’obliquità dell’eclittica (l’asse terrestre è inclinato rispetto alla sua orbita).
In modo da non dover resettare i nostri orologi tutto il tempo, è conveniente definire un giorno solare medio, la media del giorno solare locale per un anno intero. Un giorno solare medio è esattamente lungo 24 ore. In effetti, definiamo un’ora come 1/24 di un giorno solare medio.
Il giorno solare medio non può essere la media su qualsiasi anno arbitrario. L’eccentricità e l’obliquità variano nel tempo e, a causa della precessione degli equinozi, l’effetto dell’obliquità scorre attraverso il calendario, alternativamente rinforzando e annullando l’effetto dell’eccentricità per decine di migliaia di anni. Anche la Terra sta rallentando, principalmente a causa delle interazioni di marea con la Luna.
Il giorno solare medio è il giorno solare locale medio teorico, calcolato fissando l’eccentricità, l’obliquità, la precessione e la velocità di rotazione ai valori a mezzogiorno a Greenwich, in Inghilterra, il 31 dicembre 1899, usando la teoria del moto apparente del Sole sviluppata da Simon Newcomb nel 1890.
Ora abbiamo orologi atomici estremamente accurati. Definiamo la lunghezza di un secondo come un certo numero di onde nella radiazione da un atomo di cesio, e diciamo che un giorno solare medio è 86400 di questi secondi. Per la continuità storica, il numero di onde è stato scelto in modo che questo secondo sia 1/86400 del giorno solare medio definito dalla teoria di Newcomb.
Il concetto di un giorno solare può essere esteso ad altri corpi del sistema solare, compresa la nostra Luna. Un giorno solare medio sulla Luna, un giorno lunare in breve, è 29,5306 giorni terrestri. I giorni lunari locali possono variare anche più dei giorni solari sulla Terra, oltre 6 ore più brevi o 7 ore più lunghe della media. I 100 giorni lunari celebrati da LRO nell’ottobre del 2017 sono giorni lunari medi.
Perché la Luna è tidally bloccato alla Terra, mostra sempre la Terra la stessa faccia. Ciò significa anche che ruota alla stessa velocità che orbita. Un giorno lunare richiede esattamente il tempo di un’orbita completa rispetto al Sole. Un giorno lunare corrisponde anche a un ciclo completo delle fasi visibili dalla Terra, quindi un giorno lunare è lo stesso di un mese sinodico.
A questo punto, non dovrebbe sorprenderti che ci sono altri tipi di giorni (siderali, per esempio) e mesi (anomalistici e draconici, per citarne due). Ma questa è una storia per un’altra volta.