Geografia astronomica

Materie:Riassunto
Categoria:Scienze Della Terra

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Testo

Geografia astronomica
È lo studio della terra come corpo celeste, dei suoi moto e delle relazioni che intercorrono con gli altri pianeti tenendo conto che
* l’universo non ha solo dimensioni spaziali ma anche temporali
* del fatto che non possiamo sapere quale posto occupa precisamente nell’universo, dato che non ne conosciamo i limiti
*del fatto che non possiamo conoscere il suo moto in senso assoluto, in quanto non siamo in grado di riferirci ad un sistema immobile.
LEGGI DI KEPLERO
Conseguenti alla legge di Newton ( g = m*a )
Sono leggi empiriche perchè formulate osservando un evento naturale, senza però darne nessun fondamento teorico.
• Prima legge o Legge delle orbite:
I pianteti del sistema solare nel loro moto di rivoluzione descrivono orbite ellittiche intorno al Sole, che occupa uno dei due fuochi dell’ellissi.
L’ellissi è un luogo di punti in cui si distinguono due fuochi, la cui somma delle distanze da qualsiasi punto della curva è costante.
L’asse che passa per i due fuochi, è detto asse maggiore (o linea degli apsidi), e tocca l’ellissi in due punti: l’afelio, il punto di massima distanza dal Sole, e il perielio, il punto in cui la distanza è minima, che sono anche i punti di massima curvatura dell’orbita.
L’eccentricità di un ellisse è il rapporto tra la distanza dei fuochi dal centro dell’ellissi e il semiasse maggiore. Le orbite dei pianeti non hanno tutte la stessa eccentricità ma la mantengono bassa, a parte Mercurio e Plutone le cui ellissi sono molto somiglianti a delle circonferenze.
Le orbite dei vari pianeti non giacciono tutte sullo stesso piano, ma i piani tra loro non formano mai un angolo ampio. Ogni linea di intersezione tra coppie di piani orbitali e chiamata linea dei nodi, le cui due orbite hanno come punto in comune il fuoco occupato dal Sole.
• Seconda legge o Legge delle aree:
Un pianeta percorre nella rotazione intorno al Sole aree uguali in tempi uguali.
Ciò comporterà un variazioni della velocità angolare, cioè il tempo impiegato a trascorrere un angolo, che non rimarrà costante.
In prossimità del perielio (3 gennaio) la forza di attrazione sarà massima e quindi anche la velocità lineare; in prossimità dell’afelio (3 luglio) la forza di attrazione sarà minima, e quindi anche la velocità lineare.
• Terza legge o legge dei tempi:
Il periodo di rivoluzione al quadrato è uguale al cubo della distanza media dal Sole.
T2 = a3 (La distanza media dal Sole è un’U.A = unità astronomica)
Ciò comporta che più distante è un pianeta dal Sole e maggiore sarà il periodo di rivoluzione.
SISTEMA TOLEMAICO
Realizzato dall’egiziano Tolomeo nel 2° secolo d.C. Considerava la Terra al centro del sistema planetario con tutti i pianeti conosciuti, la Luna e il Sole che vi ruotavano intorno descrivendo traiettorie circolari. (Più interna Luna, più esterno Saturno).
Questi altri pianeti si muovevano intorno a cerchi detti epicicli, il cui centro orbitava con moto uniforme su un cerchio principale detto deferente al cui centro si trovava la Terra.
IL MOTO DI ROTAZIONE
Consiste nella rotazione della durata di 24 ore della Terra attorno ad un asse immaginario la cui intersezione con il pianeta individua i poli geografici.
Avviene in senso antiorario: da ovest verso est → moto diretto. (Solo Urano e Venere ruotano in senso orario → moto retrogrado).
Siccome è un moto rotatorio avrà due tipi di velocità:
• Velocità angolare, che è costante di 15° all’ora (360/T = 360/24 = 15°)
• Velocità lineare, che varia a seconda della latitudine: all’equatore dove la latitudine è 0 la velocità lineare sarà massima, perchè i punti della circonferenza devono percorrerla tutta in 24 ore (1668 Km/h); ai poli, dove invece è 90, sarà minima.
PROVE DEL MOTO DI ROTAZIONE
* Dirette dai satelliti → molto recenti
* Indirette → conseguenze del moto di rotazione:
- MOTO APPARENTE DEL SOLE: lo vediamo tutti i giorni (sorge precisamente ad est e tramonta precisamente a ovest soltanto agli aquinozi e all’equatore). Punto di massima altezza = punto di culminazione, viene raggiunto al mezzogiorno vero, quando il Sole interseca il meridiano che passa nel punto in cui ci si trova.
- MOTO APPARENTE DELLE ALTRE STELLE FISSE: come con il Sole siamo noi a spostarci anche se sembra il contrario. → il moto di rotazione della Terra fa sì che tutti i corpi celesti appaiano dotati di un movimento di rivoluzione attorno ad essa.
Le stelle possono essere occidue se le vediamo tramontare, circumpolari se eseguono un moto rotatorio intorno alla stella polare al di sopra del piano dell’orizzonte. Il fatto che una stella sia occidua o circumpolare dipende dalla declinazione δ (angolo tra la posizione della Terra sull’equatore celeste) della stella e dalla latitudine φ dell’osservatore.
Condizione di circumpolarità: |δ| ≥ 90° - |φ|.
Se ci troviamo ai poli 90 – 90 = 0 e la stella considerata sarà sempre visibile e non tramonterà mai.
- PROVA ANALOGICA: siccome tutti gli altri pianeti del sistema solare eseguono un moto di rotazione, allora anche la Terra dovrà eseguirlo.
- RIGONFIAMENTO EQUATORIALE: è la conseguenza alla forza centrifuga a cui sono sottoposti in misura maggiore i materiali terrestri in prossimità dell’equatore, a causa del moto di rotazione.
- FORZA APPARENTE CENTRIFUGA: viene percepita solo da osservatori solidali con un sistema in rotazione. È massima alla maggiore distanza dall’asse, nulla ai poli.
Si contrappone alla forza gravitazionale che spinge i corpi verso il centro della Terra, e che sarà massima ai poli e minima all’equatore.
- FORZA DI CORIOLIS: è una forza direttamente proporzionale alla massa, agisce su corpi di grande massa che si muovono su distanze enormi (per esempio correnti d’aria o di acuqe marine).
È direttamente proporzionale alla velocità lineare del corpo (> è lo spostamento, < è la velocità lineare).
F= 2 * m * ω * v.
- ESPERIENZA DI GUGLIELMINI: un’altra prova dell’esistenza della forza di Coriolis è costituita dalla deviazione dei gravi in caduta libera: tali corpi cadono spostati verso est rispetto alla verticale.
Guglielmini fece cadere dalla Torre degli Asinelli di Bologna un oggetto e ne misurò la deviazione parabolica ottenuta, che dipende anche dalla latitudine, infatti la velocità aumenterà all’aumentare della distanza dall’asse (ai poli la velocità lineare sarà nulla e massima la deviazione osservabile).
Siccome la Terra si muove in direzione ovest-est con una sua velocità lineare bisogna calcolare la differenza della sua velocità rispetto a quella dell’oggetto per trovare la deviazione.
- ESPERIENZA DEL PENDOLO DI FOUCAULT: Un’altra prova è data dal calcolo della rotazione nella caduta dei gravi.
Se la Terra non girasse non vi sarebbe la forza centrifuga e i corpi dovrebbero cadere perpendicolarmente al terreno, ma in realtà subiscono una rotazione verso est.
Foucault dimostrò che la rotazione avviene in senso diretto:
Realizzò un pendolo sospendendo un filo metallico nel Pantheon al cui termine attaccò un’asticella che traccaiva, al suo passaggio, linee sulla sabbia che aveva steso sul pavimento.
Il pendolo disegnò una serie di linee, ma dopo 24 ore il piano del pendolo sembrava ruotato di 360° in senso diretto.
Ai poli rotazione 360° → Asse di oscillazione 360°;
All’equatore l’asse di oscillazione del pendolo è perpendicolare all’asse terrestre;
In tutti gli altri punti: asse di oscillazione = 360° - senα ← latitudine del punto considerato.

Variazioni nel tempo della velocità di rotazione della Terra:
Le leggi della dinamica permettono di ipotizzare un graduale rallentamento della rotazione terrestre per effetto dell’attrito delle maree.
→ Tra i fossili di coralli del Devoniano (350 mil di anni fa) sono stati trovati coralli con anelli di crescita annuale suddivisi in 407 sottoanelli anzichè 365, a causa di una maggiore velocità di rotazione della Terra intorno al suo asse.
IL MOTO DI RIVOLUZIONE
Consiste nella rivoluzione della durata di 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi della Terra attorno al Sole lungo un’orbita ellittica di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.
Avviene in senso diretto. La sua velocità è definita dalla seconda e dalla terza legge di Keplero e dalla legge di gravitazine universale.
Eccentricità dell’ellisse → ha un valore molto basso, pari a 1/60 → orbita molto prossima ad una circonferenza.
Distanza dal Sole → varia da un massimo di 152 milioni di km a un minimo i 147 milioni.
Velocità lineare → varia da un minimo di 29,3 km/s in afelio a un massimo di 30,3 km/s in perielio.
Il piano orbitale = eclittica forma un angolo di 23° e 27’ col piano equatoriale della Terra, quindi l’asse terrestre è inclinato sul piano orbitale di 66° e 33’. Il piano orbitale si chiama eclittica perchè solo quando la Luna si trova su questo piano (o in sua prossimità) si possono veriicare le eclissi di Sole e di Luna). Nel corso dell’anno l’asse di rotazione terrestre si sposta intorno al Sole mantenendosi parallelo a se stesso.
PROVE DEL MOTO DI RIVOLUZIONE
* Dirette dai satelliti → molto recenti
* Indirette → conseguenze del moto di rivoluzione:
- MOTO APPARENTE DEL SOLE: il Sole esegue un moto apparente nel corso dell’anno durante il quale lo vedremo spostarsi nel centro del nostro orizzonte. Sorge e tramonta in punti diversi dell’orizzonte e nella semicirconferenza che descrive durante il di culmina in punti diversi.
Alle nostre latitudini non culmina mai allo zenit, cioè quando raggiungendo l’altezza massima si trova sulla perpendicolare per cui passa il punto di stazionamento. Sarà allo zenit soltanto all’equatore 2 volte l’anno e ai tropici del Cancro e del Capricorno una volta l’anno.
Il moto apparente del Sole ci dimostra che il Sole è fermo e la Terra gli ruota intorno perchè lo vediamo sorgere e tramontare in punti diversi.
- MOTO APPARENTE DELLE COSTELLAZIONI DELLO ZODIACO:
Una costellazione è un gruppo di stelle che collegate con linee immaginarie, rappresentano oggetti o animali. Tali raggruppamenti sono fittizi in quanto le stelle di una stessa costellazione possono avere distanze dalla Terra molto diverse tra loro, però si continua ad usare il termine costellazione per comodità.
Lo Zodiaco è la fascia di costellazioni compresa tra due circoli paralleli distanti 9° a Sud e 9° a Nor dall’eclittica per un’ampiezza complessiva di 18°. È formato da 12 costellazioni.
Ogni giorno diccome la Terra esegue una rivoluzione e si sposta di 1° verso Est le vediamo spostarsi di 1° verso Ovest. Eseguono quindi 2 moti apparenti: uno giornaliero ed uno diurno.
Si usa dire che il Sole nel corso dell’anno si trova in una piuttosto che nell’altra costellazione perchè il Sole percorre un’orbita apparente intorno alla Terra in un anno in senso diretto, e così facendo percorre tutto lo scenario dello Zodiaco. Ogni costellazione occupa un settore di 30° e, siccome il moto apparente del Sole è di crica 1° al giorno, ogni passaggio in una costellazione corrisponderà ad un mese. Poichè la costellazione in cui si trova il Sole è dalla stessa parte del Sole stesso rispetto alla terra, tale costellazione non sarà visibile perchè offuscata dalla luce solare, ma sarà perfettamente visibile la costellazione opposta (es Cancro - Capricorno).
CONSEGUENZE DEI DUE MOTI DELLA TERRA
La variazione dell’insolazione alle diverse latitudini ha importanti implicazione di carattere climatico che possono essere spiegate soltanto riferendosi a e entrambi i moti.
• Alternarsi dì e notte → In conseguenza dei due moti vi è una diversa durata dei periodi di illuminazione e di oscurità. Il circolo di illuminazione è la circonferenza che delimita l’emisfero illuminato da quello in omba e taglia ogni parallelo in due punti. La diversa posizione che assume rispetto ai paralleli e ai meridiani nel corso dell’anno è determinata dal fatto che la Terra ruota intorno ad un asse non perpendicolare all’eclittica, ma inclinato di 66° e 33’.
• Equinozi → Sono i due momenti nel corso dell’anno in cui il Sole attraversa il piano equatoriale, cioè ha declinazione celeste zero e i raggi cadono perpendicolari all’equatore. I raggi del Sole formano così un angolo di 90° con l’asse terrestre, per cui il circolo di illuminazione passa per i poli, cioè taglia a metà tutti i paralleli.
Si distinguono un equinozio di primavera (21 marzo), nel quale il polo Nord è rivoltodalla parte opposta rispetto alla direzione del movimento di rivoluzione, ed un equinozio di autunno (23 settembre), in cui il polo nord è rivolto verso la direzione di movimento.
• Solstizi → Sono le altre due posizioni che assume la Terra durante l’anno in cui i raggi del Sole sono obliqui rispetto all’asse terrestre e il circolo di illuminazione taglia a metà solo l’equatore e raggiunge la massima distanza dai poli.
Si distinguono un solstizio estivo (21 giugno) e un solstizio invernale (22 dicembre) e in questi giorni il circolo di illuminazione è tangente ai due paralleli che hanno latitudine 66° 33’ Nord (circolo polare artico) e Sud (circolo polare antartico).
Nel solstizio estivo il semiasse nord della Terra forma con i raggi del Sole un angolo di 23° 27’ e i suoi raggi sono allo zenit a mezzogiorno a latitudine 23° 27’ N sul parallelo detto tropico del Cancro. Viceversa nel sostizio invernale, col Sole allo zenit sul tropico del Capricorno.
• Stagioni astronomiche → Sono le conseguenze più rilevanti del moto di rivoluzione e dell’inclinazione dell’asse terrestre. Le date di inizio coincidono con solstizi ed equinozi perchè le stagioni astronomiche dipendono dalle posizioni astronomiche assunte dalla Terra durante il moto di rivoluzione.
L’irradianza (quantità di energia solare che raggiunge un’unità di superficie in un dato tempo) = Energia / tempo → Sarà diversa a seconda dell’inclinazione dei raggi del sole secondo la relazione: I = I0 * sen α, dove I0 è l’irradianza massima e α indica l’angolo formato dall’incidenza dei raggi solari con la superficie terrestre.
Minore sarà l’inclinazione, minore sarà il calore assorbito dal terreno perchè i raggi non saranno diretti ma dovranno attraversare l’atmosfera eseguendo un percorso maggiore ed avverrà la dispersione del calore. → a 90° massima quantità di calore assorbita ←
All’equatore l’angolo di incidenza varia dai 66° 33’ ai 90° e vi sarà infatti il massimo assorbimento di calore in tutto l’anno.
Costante solare → Quantità di energia che arriva alla superficie superiore dell’atmosfera, corrisponde a 1400 Watt ma poi per attraversarla ne perderà il 35% circa per colpa di nubi, polveri ed altri agenti.
• Stagioni metereologiche → La temperature registrate non corrispondono alla quantità di calore assorbito dal suono e poi riemesso. La superficie della Terra è costituita da minerale e rocce (pessimi conduttori di calore, quindi assorbono solo per pochi metri) e assorbe calore finchè non raggiunge una valore di temperatura limite e il calore viene riemesso.
Le rilevazioni termiche giornaliere dimostrano che la massima temperatura diurna non si ha a mezzogiorno quando il Sole è nella posizione più elevata sull’orizzonte, ma un’ora e mezza o due dopo; inoltre il periodo più freddo alle nostre temperature, che dovrebbe essere la seconda metà di dicembre, in realtà è la fine di gennaio, così come il periodo più caldo non coincide con il solstizio d’estate ma si ha circa un mese dopo, nella seconda metà di luglio.
Le masse d’acqua rappresentano una grande riserva di calore solare, che viene assorbito e ridistribuito lentamente.
Tenuto conto dei periodi di minimo e massimo riscaldamento dell’aria, si è deciso di considerare l’inizio delle stagioni metereologiche come il giorno di inizio del mese in cui cadono solstizi ed equinozi.
Primavera → 1 marzo
Estate → 1 giugno
Autunno → 1 settembre
Inverno → 1 dicembre
• Zone astronomiche → Zone terrestri suddivise in base alla diversa incidenza dei raggi solari alle diverse latitudini.
♦ Zona torrida intertropicale → È limitata dai due tropici, il Sole a mezzogiorno non è mai meno inclinato di 66° 33’ sul piano dell’orizzonte e due volte all’anno si trova allo zenit (una ai tropici). L’alto angolo di incidenza permette un forte riscaldamento, anche per la poca differenza di durata tra dì e notte e la temperatura giornaliera non è mai inferiore ai 20°C, cosa che rende difficile le differenziazioni termiche tra le stagioni.
♦ Zone temperate → Boreale ed Australe, comprese tra i tropici e i circoli polari. I raggi del Sole vi cadono in modo più obliquo rispetto alla zona torrida e il Sole non raggiunge mai lo zenit. Durante l’anno varia molto la durata del dì rispetto alla notte e il riscaldamento è molto moderato ma varia molto nel corso dell’anno, cosa che rende anche le stagioni molto ben definite.
♦ Zone polari → I raggi del Sole sono sempre molto obliqui, la durata del dì è sempre molto variabile praticamente sei mesi di dì e sei mesi di notte. La temperatura media annua è inferiore ai 10°C e non vi è una gran varaizione di temperatura.

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