Tutto nell'Universo è in movimento. Anche se ci sembra di stare fermi per via del fatto che la nostra velocità nell'Universo è pressoché costante, in realtà stiamo sfrecciando nello spazio, poiché la Terra, oltre a ruotare su se stessa, orbita attorno al Sole, che a sua volta orbita attorno al centro della nostra galassia, la Via Lattea, che a sua volta ha un suo moto nell'Universo. Ma con tutti questi movimenti in atto, a che velocità stiamo realmente muovendoci nel cosmo? Sommando i nostri vari movimenti nel cosmo, partendo da quello attorno all'asse di rotazione terrestre, passando per il nostro movimento attorno al Sole (108.000 km/h), il nostro movimento attorno al centro della Via Lattea (828.000 km/h) e il movimento della Via Lattea rispetto all'ammasso di galassie più vicino (1,26 milioni di km/h) e il movimento dell'ammasso rispetto al resto dell'Universo (2,34 milioni di km/h) otteniamo una velocità di circa 1,3 milioni di km/h.
La velocità di rotazione della Terra
La prima velocità che dobbiamo prendere in considerazione è quella di rotazione della Terra attorno al proprio asse. Con delle semplici approssimazioni, possiamo calcolare la velocità a cui ruotiamo in dipendenza del punto sulla superficie terrestre su cui ci troviamo.
Assumendo di trovarci all'equatore e assumendo per semplicità la Terra come perfettamente sferica, la velocità tangenziale di rotazione sarà semplicemente data dallo spazio percorso (la circonferenza dell'equatore è di 40.076 km) diviso il tempo impiegato a percorrerlo (circa 24 ore), che restituisce circa 1670 km/h.
Più ci si allontana dall'equatore, più diminuisce la velocità tangenziale poiché, semplificando, la circonferenza ad una certa latitudine sarà minore, quindi minore sarà lo spazio da percorrere, a fronte però dello stesso tempo impiegato a percorrerlo, cioè 24 ore. Ai poli, per esempio, la velocità tangenziale sarà esattamente 0. Alla latitudine di Roma (circa 42º), la velocità tangenziale di rotazione è di circa 1240 km/h.
La velocità della Terra attorno al Sole
La Terra compie un'orbita ellittica completa attorno al Sole in circa 365 giorni ad una distanza media di una unità astronomica, cioè circa 150 milioni di km. Dalla seconda legge di Keplero, sappiamo che la Terra non si muove sempre alla stessa velocità lungo quest'orbita. Difatti, la velocità orbitale della Terra attorno al Sole varia dai 30,3 km/s al perielio (punto dell'orbita più vicino al Sole), ai 29,3 km/s all'afelio (punto dell'orbita più lontano dal Sole).
Se semplifichiamo anche qui il problema assumendo che l'orbita sia circolare anziché ellittica, possiamo calcolare la velocità tangenziale orbitale della Terra attorno al Sole allo stesso modo di come fatto per la Terra. Dividendo infatti la circonferenza dell'orbita terrestre (circa 940 milioni di km) per il tempo impiegato dalla Terra a compiere una orbita completa attorno al Sole (circa 365 giorni), otteniamo che la velocità tangenziale orbitale della Terra attorno al Sole è di circa 30 km/s, ovvero 108.000 km/h. A questa velocità, la distanza Terra-Luna (circa 300.000 km) sarebbe coperta in poco meno di 3 ore.
La motivazione dietro questa grande velocità è dovuta alla forza di gravità. Affinché l'orbita terrestre sia stabile, la Terra deve ruotare attorno al Sole con una velocità tale che la forza centrifuga controbilanci l'attrazione gravitazionale solare. Questo implica anche che pianeti diversi, trovandosi a distanze diverse dal Sole, dovranno orbitare con velocità più o meno grandi a seconda di quanto siano vicini o lontani, rispettivamente dal Sole. Mercurio, ad esempio, essendo il pianeta con la distanza minore dal Sole è anche quello con la velocità tangenziale più alta, pari a circa 170.000 km/h, mentre Nettuno, il pianeta più lontano dal Sole, possiede una velocità di circa 20.000 km/h.
La velocità della Terra rispetto alla Via Lattea
La galassia di cui facciamo parte, la Via Lattea, è anch'essa in rotazione. Il Sole si trova a circa 26.000 anni-luce (pari a circa 200 milioni di miliardi di km) dal centro della Via Lattea. A questa distanza, il Sole si muove all'interno del disco galattico con una velocità di circa 230 km/s (828.000 km/h), impiegando ben 230 milioni di anni per compiere un'orbita completa attorno al centro galattico. Questo significa che l'ultima volta che il Sole e la Terra si trovarono nello stesso punto della Via Lattea, i dinosauri stavano iniziando la loro conquista del pianeta.
Credits: Jim slater307, CC BY–SA 4.0, via Wikimedia Commons.
La velocità della Terra rispetto all'universo in espansione
L'Universo è permeato da una radiazione cosmica di fondo generatasi 380.000 anni dopo il Big Bang. Questa viene usata dagli astronomi come sistema di riferimento preferenziale rispetto a cui calcolare il movimento del Sole e delle galassie rispetto al sistema di riferimento dello spazio stesso in espansione.
Grazie ai dati dei moderni telescopi, siamo a conoscenza del fatto che tutta la nostra galassia, si stanno muovendo a una velocità di 350 km/s in direzione dell'ammasso di galassie della Vergine. A sua volta la Via Lattea e l'intero ammasso della Vergine sono in moto in direzione del cosiddetto Grande Attrattore (una concentrazione di massa equivalente a decine di migliaia di galassie) a una velocità di 620 km/s. L'effetto netto di tutti questi moti, rispetto al sistema di riferimento della radiazione cosmica di fondo, è quello di muoversi ad una velocità di circa 370 km/s (1,3 milioni di km/h) in direzione della costellazione del Cratere, al confine con la costellazione del Leone. A questa velocità si potrebbe coprire la distanza tra Roma e New York in soli 18 secondi!
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