La forma della Terra: è un geoide

La Terra è un geoide schiacciato ai poli, una forma quasi ellissoidale ma irregolare a causa dei rilievi e delle depressioni oceaniche, che riflette una superficie ideale in equilibrio con la gravità terrestre e le forze centrifughe.

La Terra può essere approssimata come un ellissoide di rotazione, con un rigonfiamento all'equatore e uno schiacciamento ai poli, a causa della forza centrifuga generata dal suo moto rotazionale.

Il raggio della Terra è 6378 km all’equatore (raggio equatoriale) e 6357 km ai poli (raggio polare). Il valore medio del raggio è 6371 km (raggio medio).

Tuttavia, la forma della Terra è più complessa di un semplice ellissoide perfetto, e il termine geoide è infatti utilizzato per descrivere questa forma irregolare.

La presenza di montagne, altopiani e depressioni oceaniche introduce ulteriori variazioni nella forma della Terra. Le catene montuose (es. la catena hymalayana) innalzano la superficie rispetto al livello medio, mentre le fosse oceaniche la abbassano (es. la fossa delle Marianne). Queste caratteristiche si discostano dal modello di un ellissoide liscio, dando alla Terra una forma irregolare.

La causa dello schiacciamento ai poli

Lo schiacciamento ai poli della Terra deriva dal moto di rotazione terrestre ed è una conseguenza diretta delle forze centrifughe che contrastano la forza di gravità.

All'aumentare della latitudine, andando dall'equatore verso i poli, la velocità lineare di rotazione diminuisce gradualmente.

Questo implica che:

• Forza centrifuga
  La forza centrifuga, che tende a "spingere" verso l'esterno in modo perpendicolare alla rotazione e si oppone alla forza di gravità, è direttamente proporzionale alla velocità lineare di rotazione. All'equatore, dove la velocità lineare è massima, anche la forza centrifuga è al suo massimo. Quindi, contrasta di più la gravità. Invece, man mano che ci si avvicina ai poli, la velocità di rotazione e quindi la forza centrifuga diminuiscono, fino ad annularsi quasi del tutto ai poli.
• Effetto sulla gravità
  La forza di gravità risulta "più forte" alle alte latitudini, perché la componente centrifuga che si oppone alla gravità è minore a causa della minore velocità di rotazione terrestre. Inoltre, alle latitudini più alte la forza centrifuga è ancora perpendicolare alla rotazione, mentre la forza di gravità è diretta verso il centro della Terra. Quindi, le due forze non si trovano sulla stessa direzione. Complessivamente, questo fa sì che la gravità "percepita" sia massima ai Poli, dove la forza centrifuga è quasi nulla, e minima all'Equatore. Da questo deriva lo schiacciamento dei poli.
  

Ad esempio, considero un oggetto che si trova su un punto vicino all'equatore e un altro vicino ai poli.  All'equatore, la forza centrifuga è più intensa e "spinge" l’oggetto leggermente verso l’esterno, riducendo l’effetto della forza di gravità. Ai poli, invece, la forza centrifuga è praticamente assente, lasciando che la gravità agisca in modo quasi totale sull'oggetto.

Quindi, la riduzione della velocità lineare con l’aumentare della latitudine porta a una minore forza centrifuga, e questo fa sì che la gravità sia più intensa ai poli rispetto all'equatore.

Come ha fatto l'uomo a intuire la forma della Terra?

Le prove indirette della forma sferica della Terra si basano su osservazioni empiriche che l'uomo ha fatto nel corso della storia. Ecco le principali:

• Variazione dell'altezza delle stelle sull'orizzonte: Quando ci si sposta verso Nord o Sud, l'altezza di alcune stelle cambia rispetto all'orizzonte. Un esempio classico è la Stella Polare, che si innalza man mano che ci si sposta a Nord, mentre scende a Sud. Questo fenomeno è possibile solo su una superficie curva come quella della Terra.
• Aumento del diametro dell'orizzonte con l'altitudine: Man mano che si aumenta di quota, il diametro dell'orizzonte visibile cresce. Da una montagna, infatti, si vede un orizzonte più ampio rispetto a quello che si osserva in pianura. Questo effetto è indicativo di una superficie curva.
• Navi che scompaiono all'orizzonte: Quando una nave si avvicina o si allontana, la vediamo emergere o scomparire gradualmente. Prima appare (o scompare) l'albero, poi lo scafo. Questo fenomeno dimostra la curvatura della Terra.
• Ombra circolare durante le eclissi lunari: Durante un'eclissi, la Terra proietta un’ombra circolare sulla Luna. Questa forma circolare dell'ombra è una prova della sfericità della Terra, dato che solo un corpo sferico proietta sempre un’ombra circolare indipendentemente dall'angolo di incidenza della luce.
• Peso costante dei corpi sulla superficie terrestre: Nonostante le variazioni minime in latitudine, il peso di un corpo è sostanzialmente simile su tutta la Terra. Questo è dovuto alla distanza uniforme dal centro di gravità della Terra, che è compatibile con una forma sferica.

Queste osservazioni, combinate, hanno permesso all'uomo di dedurre indirettamente la forma sferica della Terra secoli prima delle moderne misurazioni satellitari e spaziali.

E così via.