Ad aprile sull’Amazzonia cade così tanta acqua che il centro di massa della Terra si sposta di circa 2,2 millimetri verso il Sud America. A marzo era andato nella direzione opposta, trascinato per circa 3 millimetri verso il Polo Nord dalla neve accumulata tra Nord America ed Eurasia. Poi arrivano gli oceani, i monsoni, perfino l’aria fredda. Il nostro pianeta, insomma, ha un centro che durante l’anno se ne sta tutt’altro che fermo.
A misurare meglio questo piccolo movimento è un nuovo studio pubblicato su Geophysical Journal International, guidato dal geofisico Donald Argus del Jet Propulsion Laboratory della NASA. La nuova stima suggerisce che l’oscillazione stagionale del centro di massa sia circa la metà di quella che si riteneva otto anni fa. Si tratta di pochi millimetri, abbastanza però da interessare chi deve misurare la Terra con precisione estrema.
Il centro della Terra che usiamo per il GPS si muove
Il centro di massa non coincide necessariamente con il centro geometrico del pianeta, cioè il punto che immagineremmo nel mezzo di una Terra perfettamente uniforme. Il primo dipende da come è distribuita tutta la massa del sistema terrestre: rocce, acqua, ghiaccio e atmosfera compresi.
E quella massa viaggia parecchio. L’acqua passa dalla terraferma agli oceani e viceversa, la neve si accumula e si scioglie, i fiumi si gonfiano, cambiano l’umidità del suolo e le falde, le masse d’aria si spostano. Nel frattempo il peso di acqua e ghiaccio deforma leggermente anche la crosta terrestre. Il risultato è un centro di massa che descrive una piccola oscillazione stagionale rispetto alla superficie solida della Terra.
La faccenda diventa meno astratta appena entra in scena il GPS. Il centro di massa terrestre, chiamato anche geocentro, è un riferimento fondamentale per i sistemi geodetici utilizzati nella navigazione satellitare, nella cartografia e nelle misure dell’altezza della superficie terrestre. Quando si lavora nell’ordine dei millimetri, anche un centro che si sposta di pochissimo smette di essere un dettaglio.
Finora, oltretutto, misurarlo con precisione non era semplice. Due stime internazionali pubblicate nel 2017 e nel 2023 differivano tra loro di circa 7 millimetri, quasi quanto il movimento che cercavano di ricostruire. Non esattamente l’ideale quando il righello dovrebbe essere la parte affidabile dell’esperimento.
Due sfere metalliche, laser e satelliti per trovare un punto invisibile
Il gruppo di Argus ha quindi combinato più strumenti. Una parte importante del lavoro passa dai satelliti LAGEOS 1 e LAGEOS 2, lanciati rispettivamente nel 1976 e nel 1992: due sfere metalliche da circa 408 chilogrammi ricoperte di prismi che riflettono gli impulsi laser inviati dalle stazioni a Terra. LAGEOS-2, per inciso, fu costruito dall’Agenzia Spaziale Italiana.
I satelliti orbitano naturalmente attorno al centro di massa terrestre. Misurando con estrema precisione la loro distanza dalle stazioni a terra si può quindi ricostruire dove si trovi quel centro. Il problema è che le stazioni laser non sono distribuite in modo uniforme sul pianeta.
La nuova tecnica aggiunge allora dati GPS e informazioni orbitali provenienti da altri satelliti in orbita bassa e tiene conto anche delle deformazioni elastiche della crosta provocate dal peso di acqua e ghiaccio. Un passaggio importante: se il terreno sotto una stazione si abbassa o si solleva leggermente, anche il punto da cui parte la misura si è mosso. Ignorarlo significa introdurre un errore proprio mentre si cercano variazioni di pochi millimetri.
La neve spinge a nord, l’Amazzonia riporta tutto verso sud
Ricostruita l’oscillazione, i ricercatori hanno separato il contributo di tre grandi serbatoi di massa: acque continentali, oceani e atmosfera.
A marzo la neve accumulata in Nord America ed Eurasia raggiunge il massimo stagionale e sposta il centro di massa di circa 3 millimetri verso il Polo Nord. Un mese dopo entra pesantemente in partita il bacino amazzonico: nel periodo di massimo delle piogge contiene circa 2.400 gigatonnellate di acqua in più, sufficienti a spostare il geocentro di circa 2,2 millimetri verso il Sud America. A novembre il monsone del Sud-est asiatico aggiunge un contributo più piccolo, con circa 600 gigatonnellate d’acqua.
Tra agosto e ottobre cambia ancora la distribuzione. Acqua di fusione e precipitazioni raggiungono gli oceani e il centro di massa si sposta verso il Pacifico meridionale. Le dimensioni del Pacifico fanno sì che le variazioni di massa in quell’area pesino molto più di quelle dei singoli mari, anche se Mediterraneo, Baltico, Mare del Nord, Mar Rosso e Mare di Barents lasciano tutti una piccola impronta.
Perfino l’atmosfera fa la sua parte. L’aria fredda è più densa e quindi più pesante: utilizzando un modello del Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine, il gruppo ha ricostruito come le masse d’aria invernali modifichino stagionalmente l’equilibrio tra gli emisferi.
I risultati sono inoltre coerenti con le osservazioni dei due satelliti GRACE-FO, che dal 2018 misurano le variazioni del campo gravitazionale terrestre seguendo soprattutto gli spostamenti dell’acqua. Quando uno dei due satelliti sorvola una zona dove si è concentrata più massa, viene attirato appena di più e la distanza dal compagno cambia. Poco, ovviamente. Abbastanza per essere misurata.
La stima più piccola ottenuta dal nuovo lavoro non significa che la Terra abbia improvvisamente dimezzato il proprio movimento. È migliorato il modo di ricostruirlo. E quei millimetri finiscono dentro sistemi che devono localizzare satelliti, misurare il livello dei mari, seguire i movimenti della crosta e fornire coordinate sempre più precise.
Per il prossimo passo la NASA guarda già a GRACE-C, la missione destinata a proseguire la lunga serie di osservazioni gravitazionali e prevista, al momento, per la fine del 2028. Il centro del pianeta continuerà a spostarsi con le stagioni. Almeno adesso abbiamo un righello un po’ migliore per seguirlo.