Geografia astronomica

Materie:	Appunti
Categoria:	Geografia Astronomica
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Data:	19.11.2007
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LE STELLE
Sono diverse tra loro per dimensioni, natura e origine. Le costellazioni sono raggruppamenti di stelle creati dai popoli dell’Asia minore, e sono utili per ritrovarsi nel cielo. Alle costellazioni sono stati dati nomi fantasiosi che qualche volta derivano dalla disposizione delle stelle nel cielo. Oggi si usano le coordinate celesti per dire l’esatta posizione di una stella.
- sfera celeste: noi abbiamo l’impressione di essere dentro una sfera cava, sulla quale sono proiettate le stelle.
- Asse terrestre: asse intorno al quale gira la terra da ovest a est.
- Stella polare: è toccata dal prolungamento dell’asse terrestre dalla parte del polo nord.
- Asse del mondo: prolungamento dell’asse terrestre nello spazio.
- Poli celesti nord e sud: punti della sfera celeste toccati dall’asse del mondo.
- Zenit: punto in cui una verticale innalzata dalla testa dell’osservatore tocca la sfera celeste.
- Nadir: punto opposto allo zenit.
- L’orizzonte celeste: punto in cui un piano perpendicolare alla verticale dell’osservatore taglia la sfera celeste. Divide l’emisfero in superiore (visibile) e inferiore (invisibile).
- Meridiano celeste: circonferenza massima sulla quale si trovano zenit, nadir, poli celesti nord e sud.
- Equatore celeste: circolo massimo delle stelle nell’apparente rotazione della sfera celeste.
LE DISTANZE ASTRONOMICHE
Unità di misura delle distanze:
- unità astronomica (U.A.): corrisponde alla distanza media tra la terra e il sole.
- Anno luce (a.l.): distanza percorsa in un anno dalla luce.
- Parsec: si usa per determinare la distanza delle stelle dalla terra, e usa l’angolo di parallasse. (la stella più vicina alla terra è proxima centauri, che fa parte di un sistema di 3 stelle).
VARI TIPI DI STELLE
Le stelle sono molto diverse tra loro, per luminosità, dimensioni, massa, temperatura, composizione chimica.
- Magnitudine apparente e assoluta: misura la diversa luminosità delle stelle dividendole in 6 classi: la 1° per le più luminose, la 6° per le meno luminose. La luminosità viene misurata con fotometri fotoelettrici. Tra ognuna delle 6 classi c’è una differenza di luminosità di 2,5 volte. C’è anche la magnitudine 0 e quelle negative perché ci si è resi conto dopo che ci sono astri più luminosi della 1° classe. La magnitudine apparente (m) è la luminosità che noi vediamo, che potrebbe anche essere data dalla maggiore distanza, mentre la magnitudine assoluta (M) è la luminosità vera. Le variabili pulsanti sono le variabili con cui una stella emette più o meno luminosità.
- Stelle doppie: ruotano una intorno all’altra. Possono anche essere sistemi multipli di stelle. Con l’analisi delle orbite è possibile risalire alla loro massa.
- Colori, temperature e spettri stellari: con l’aiuto degli spettroscopi si hanno gli spettri, ossia strisce con bande di tutti i colori. Esaminandoli si possono capire gli elementi del corpo da cui proviene la luce. Il colore delle strisce rivela la temperatura (blu, alta temperatura, rosso bassa), a seconda della quale ci sono varie classi spettrali (classe 0, alta temperatura). Il sole è in una classe intermedia.
- Le stelle si muovono nel cielo, allontanandosi o avvicinandosi, e la maggior parte delle volte non si può notare a causa della grande distanza.
MATERIA INTERSTELLARE
Le nebulose sono concentramenti di questa materia, e hanno un aspetto simile alla nebbia:
- nebulose oscure: prive di luce
- nebulose a riflessione: debolmente luminosi perché attraversati dalla luce di stelle vicine
- nebulose ad emissione: dotate di luce propria.
L’EVOLUZIONE DELLE STELLE
Le stelle hanno tutte una loro evoluzione, che avviene in tempi lunghissimi. Nel diagramma H-R, si pone la temperatura di una stella in ascissa e la sua luminosità in ordinata, e la maggior parte delle stelle si raccoglie su una fascia chiamata sequenza principale.
- le stelle nascono dai globuli di Bok, addensamenti di polveri e gas, nei quali, a causa di moti turbolenti, la materia si divide in corpi più piccoli nei quali la forza gravitazionale fa aggregare le particelle. L’energia gravitazionale si trasforma in energia cinetica, aumenta la temperatura. Abbiamo la protostella.
- La concentrazione prosegue, ma se la massa è troppo poca la temperatura non arriva a far innescare reazioni termonucleari e c’è una nana bruna (stella mancata), menter se la massa è abbastanza, si arriva a una fase di stabilità , nella quale le reazioni termonucleari innescatosi si stabilizzano con la pressione della forza di gravità.
- Poi c’è la gigante rossa, nella quale al nucleo di idrogeno si è sostituito uno di elio, che collassa (si concentra su se stesso), e la grande temperatura fa trasformare l’elio in carbonio, c’è una nuova fare di stabilità.
o Se la massa è poco minore di quella del sole: le stelle si cominciano a raffreddare (nana bianca).
o Se la massa è come quella del sole: le giganti rose espellono il loro materiale più superficiale che diventa nuvolosa planetaria e poi la stella diventa una nana bianca. Invece le novae sono stelle che hanno improvvise esplosioni, che si manifestano con un grande aumento di luminosità.
o Se la massa supera di almeno 10 volte quella del sole: le stelle diventano supernovae, ossia hanno una grandissima esplosione causata dal collasso violento causato dalla grandissima temperatura raggiunta.
o Se la massa è 10 volte quella del sole: la stella diventa sempre più piccola, e diventa un buco nero, ossia una parte di spazio in cui tutto può entrarvi ma non uscirvi: non vi valgono le leggi che conosciamo e non può esplodere, ma solo implodere.
LE GALASSIE
Sono formate da moltissime stelle e materia interstellare, e sono divise in gruppi e supergruppi. Le stelle che possiamo vedere fanno parte della nostra galassia. Comprende la via lattea, che è formata da moltissime stelle. Ha un nucleo galattico da cui partono bracci a spirale: le stelle su questi bracci ruotano intorno al centro. Gli ammassi stellari sono grandi gruppi di stelle che si muovono insieme, e la maggior parte si trovano fuori dalla galassia e formano l’alone galattico, in cui mancano le polveri e non vi ci possono formare alte stelle, al contrario che nella via lattea. Ci sono vari tipi di galassie:
- ellittiche
- a spirale
- globulari: più fitte al centro.
- Irregolari.
Ci riuniscono in gruppi (ammassi galattici), che a loro volta si riuniscono in superammassi. Le galassie sono come distribuite sulla superficie di bolle, nelle quali lo spazio è completamente vuoto (struttura cellulare o spugnosa). Radiogalassie o supernovae: emettono tutte e due onde radio. Quasar: emettono onde radio a grandissima intensità e molto concentrate, e sono in apparenza stelle.
ORIGINE ED EVOLUZIONE DELL’UINIVERSO
Ci sono varie teorie sull’evoluzione dell’universo, e tutte si basano su ciò che possiamo osservare, che non è come è oggi l’universo, ma come era tempo fa, perché più un oggetto è lontano più tempo ci mette la sua “immagine” ad arrivare.
- secondo Hubble le galassie si stanno allontanando, quindi l’universo è in espansione, quindi nel passato doveva essere concentrato in una massa minore.
- Un’altra teoria dice che nell’universo c’è sempre creazione di nuova materia, per compensare l’allontanamento delle galassie, ma non ha nessuna prova.
- Teoria del big bang: l’universo si è creato grazie a una grandissima esplosione di un “uovo cosmico”, di volume minore di quello di un atomo e con una concentrazione praticamente infinita di materia. Lo spazio si generò insieme all’espansione, che liberò anche una grandissima quantità di calore.
o Fase della sfera di fuoco: si forma un gas neutro e la velocità dell’espansione comincia a diminuire
o 2° fase: la luce si irradia. Di questa fase si è trovata una traccia, ossia una parte della grande radiazione emessa.
o 3° fase: l’universo diventa più simile al nostro.
- ci sono varie possibilità sullo sviluppo futuro dell’universo:
o se il valore della densità è critico: l’espansione tenderebbe a zero senza mai arrivarvi.
o Se il valore è minore: l’espansione continuerebbe fino a quando tutto il combustibile finisce, allora tutto diventerebbe un corpo freddo.
o Se il valore è maggiore: l’espansione verrebbe invertita e ci sarebbe una contrazione dell’universo, fino a riarrivare all’uovo cosmico.
IL SISTEMA SOLARE
E’ un insieme di corpi celesti
- diversi per natura e dimensioni
- uguali per l’origine
- costretti a muoversi in uno spazio governato dalla forza gravitazionale del sole
Comprende:
- il sole
- 9 pianeti
- Satelliti
- Asteroidi o pianetini: hanno varie dimensioni e possono arrivare ad essere grandi anche quanto un pianeta
- Vari frammenti, che se attraversano l’atmosfera della terra si arroventano (come le meteore), o si consumano in parte e il loro nucleo colpisce la terra come meteorite
- Piccole masse ghiacciate, che quando si avvicinano alla terra diventano comete
- La materia interplanetaria: formata da pulviscolo, gas e frammenti subatomici (protoni ed elettroni liberi)
IL SOLE
Ha media grandezza, media luminosità e media età. Ha il 99,85 % di tutta la massa della materia del sistema solare. E’ il centro del sistema. La densità è vicina alla densità dell’acqua, perciò si comporta come un fluido. Ruota intorno ad un proprio asse, ma l’equatore ruota più velocemente dei poli. E’ una grande fonte di energia.
La struttura
Si divide in involucri concentrici, tra i quali non c’è un limite preciso:
- interno: nucleo avvolto da una zona radiativa (l’energia viene trasferita da un atomo all’altro senza che si spostino), e dopo una zona convettiva (nella quale ci sono i movimenti convettivi delle masse calde e meno dense che vano verso l’alto, contiene quasi tutta la massa del sole e non è visibile direttamente). Nel nucleo c’è un reattore nucleare a fusione che è mantenuto stabile dalla forza di gravità, che contiene la violenza esplosiva delle reazioni termonucleari. Questa è la vera zona di produzione di energia, che viene trasferita verso l’alto attraverso la zona radiativa, nella quale non ci sono reazioni, per la zona convettiva.
- superficie visibile: fotosfera (parte visibile della zona convettiva, ha diverse luminosità). Corrisponde al disco luminoso del sole e è l’involucro che irradia quasi tutta la luce. La superficie non è liscia, ma a granuli brillanti: essi corrispondono a gigantesche bolle di gas molto caldi che sono date dai movimenti convettivi. Inoltre ci sono varie macchie solari, diverse per dimensioni, forma e numero: hanno una zona centrale più scura (ombra) e un’altra esterna più chiara (penombra).
- atmosfera: divisa in due strati:
o cromosfera:involucro trasparente di gas incandescenti che avvolge la fotosfera. E’ visibile durante l’eclissi totale (la luna copre tutto il sole): si vede un sottile alone roseo con molte punte luminose, dette spicole.
o corona: è la parte più esterna ed è formata da gas sempre più rarefatti man mano che ci si allontana. Ha una luminosità molto bassa, perciò la si può osservare direttamente solo durante l’eclissi totale. Nella parte più esterna la forza di gravità è talmente bassa che le particelle riescono a sfuggirle trasformandosi in vento solare.
L’attività
Fenomeni osservabili:
- protuberanze: fiammate che si innalzano dalla cromosfera per entrare nella corona, e sono più calde della cromosfera e più fredde della corona.
- brillamenti (flares): esplosioni di energia associate a grandi scariche elettriche. Compaiono vicino alle macchie e si propagano. Vengono liberate grandi quantità di energia e molte radiazioni, che nei casi più intensi un flusso di particelle raggiunge il nostro pianeta e dà origine alle aurore polari e alle tempeste magnetiche, ossia forti perturbazioni nel campo magnetico terrestre.
Materia del sole
Il 98% è costituito da idrogeno ed elio allo stato di plasma, ossia con elettroni liberi. Il 2% sono elementi più pesanti. Strati più esterni: 85% idrogeno, 15% elio, pochissimi elementi più pesanti. Gli atomi che formano il sole per crearsi hanno avuto bisogno di fornaci nucleari che si trovano in stele più grosse del sole. La struttura e le dimensioni del sole sono il risultato tra:
- l’esplosione delle reazioni nucleari
- la pressione della forza di gravità.
LE LEGGI DI KEPLERO
I pianeti visibili cambiano con periodicità la loro posizione nel sistema solare.
- Tolomeo: la terra al centro dell’universo
- Copernico: il sole al centro dell’universo, i pianeti seguono orbite circolari.
- Keplero: i pianeti hanno orbite a forma di ellisse, di cui il sole è uno dei fuochi.
Tre leggi di Keplero:
- I pianeti descrivono orbite ellittiche, quasi complanari, aventi tutte un fuoco comune in cui si trova il sole, il senso è antiorario.
- il raggio che unisce il centro del sole al centro di un pianeta (raggio vettore) descrive superfici con aree uguali in intervalli di tempo uguali.
- perielio: pianeta che si muove più velocemente tanto è più vicino al sole
- afelio: pianeta che si muove più lentamente quanto è più lontano.
- i quadrati dei tempi che i pianeti impiegano a percorrere le loro orbite (periodi di rivoluzione) sono proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal sole. La velocità media di un pianeta è minore quanto esso è più lontano dal sole, e questa legge permette di calcolare la distanza del pianeta dal sole.
Newton: legge di gravitazione universale: due corpi di attirano in modo direttamente proporzionale alla loro massa e in ragione inversa al quadrato della loro distanza. Quindi ogni pianeta viene attratto in modo forte dal sole (che ha più massa) e in modo debole dagli altri pianeti: questo impedisce ai pianeti di muoversi in linea retta e con velocità accostante, cosa che invece accadrebbe se la forza gravitazionale del sole si azzerasse.
I PIANETI
Sono molto diversi tra loro:
- pianeti piccoli o di tipo terrestre (Mercurio, Venere, Terra, Marte)
- sono più piccoli
- densità 5 volte maggiore rispetto a quella dell’acqua
- orbitano vicino al sole e ne sono riscaldate di più
- hanno poco peso nel sistema solare
- hanno atmosfere tenui o non ce l’hanno
- hanno pochi o nessun satellite
- sulla Luna e su Mercurio l’evoluzione si è arrestata presto; su Marte si è spinta più avanti; è ancora attiva su Venere un pò, sulla terra molto.
- pianeti giganti o di tipo gioviano o solare (Giove, Saturno, Urano, Nettuno)
- sono più grandi
- densità 1,5 volte maggiore rispetto a quella dell’acqua
- hanno la maggior parte della massa planetaria
- hanno atmosfere dense
- hanno molti satelliti e strutture particolari, come gli anelli.
- Plutone, che non rientra in nessuno dei due tipi perché si conosce troppo poco.
I PIANETI DI ROCCIA
Struttura:
- nucleo di materiali ad alta densità
- mantello di materiali a minor densità
- crosta di materiali ancora meno densi
Mercurio
E’ il più interno, e la vicinanza al sole ne rende difficile l’osservazione. Ruota attorno al sole in 88 giorni e sul proprio asse in 59. Ogni punto rimane esposto al sole per 88 giorni e sempre per 88 giorni rimane in ombra. La temperatura sul lato esposto al sole è molto alta mentre sull’altro molto bassa. E’ praticamente privo di atmosfera. La superficie è simile a quella della luna. Ci sono:
- crateri da impatto: dovuto alla caduta di meteoriti.
- Raggi chiari: materiale scagliato radialmente dagli urti con i meteoriti.
- Pianure lisce: create dal materiale fuso risalito dall’interno del pianeta dopo gli urti con i meteoriti.
L’assenza di atmosfera ha mantenuto queste strutture intatte: ormai è un pianeta tranquillo da 2 o 3 miliardi di anni. Ha una grande densità media, perciò nel suo interno ci devono essere materiali ad alta densità e la sua crosta deve essere ridotta rispetto agli altri pianeti.
Venere
E’ un pianeta caldo, ed è il più luminoso. La temperatura è talmente alta che le sostanze che sulla terra sono liquide, come l’acqua, li diventano vapore. Questa temperatura così alta potrebbe essere causata dall’effetto serra, causata dalla densa atmosfera che ferma il calore della superficie. Nella parte più alta dell’atmosfera ci sono molte nuvole. Sulla superficie ci sono strutture geologiche molto complesse:
- crateri da impatto
- due grandi vulcani a scudo
- vulcani minori
La terra
E’ divisa in 3 parti:
- terra solida
- idrosfera: è la parte composta da acqua della superficie, che occupa circa i ¾. La temperatura permette all’acqua di restare liquida.
- Atmosfera molto meno densa di quella di venere costituita da azoto e ossigeno. Insieme all’idrosfera modifica l’aspetto della superficie con gli agenti esogeni (esterni). Poi ci sono quelli endogeni (interni), come i vulcani, che, emettendo lava, modificano la superficie. La vita presente sulla terra non compare, nelle forme a noi note, su nessun altro pianeta.
Struttura interna:
- nucleo di materiale molto denso (occupa la metà del raggio)
- mantello di rocce ricche di ferro
- crosta con rocce meno dense
Marte
Cose simili alla terra:
- durata del giorno
- inclinazione dell’asse di rotazione
- alternanza delle stagioni, solo sono più fresche (a causa della maggiore distanza dal sole) e durano di più.
- Nelle zone polari ci sono calotte ghiacciate che si allargano e restringono con le stagioni
Differenze:
- atmosfera più rarefatta
- temperatura minore
- debole attività atmosferica
Agenti che hanno modellato la superficie:
- bombardamento di meteoriti
- vulcani (è stata un’attività molto intensa ma ora estinta)
- movimenti della superficie (cessati)
- eolico
- acqua (nel passato): si pensa che sotto la superficie ci siano grandi quantità di ghiaccio, che le temperature troppo basse non fanno fondere. In passato c’è stata acqua a causa di improvvisi aumenti della temperatura o grazie all’attività vulcanica o per l’impatto con meteoriti.
- varie frane
Giove
E’ enorme e depresso ai poli, a causa della sua elevata velocità di rotazione. La massa è il doppio di quella di tutti gli altri pianeti messi insieme, ma la distanza dalla terra lo rende poco osservabile. A causa dell’alta velocità di rotazione le nubi formano strisce parallele all’equatore. Nell’atmosfera ci sono movimenti convettivi: quando i gas risalgono verso l’alto formano bande bianche, mentre quando scendono formano bande scure. Le perturbazioni appaiono come macchie, e c’è la Grande macchia rossa, che è un vortice di nubi attivo da secoli. La composizione chimica di Giove è simile a quella del sole.
- superficie: idrogeno liquido
- profondità: idrogeno metallico liquido
- più in profondità: forse rocce e metalli pesanti.
Se la massa fosse stata 10 volte maggiore, si sarebbero innescare reazioni termonucleari tali da far diventare il pianeta una stella (è una stella mancata). Sta lentamente disperdendo l’energia che possiede. Ha almeno 16 satelliti e alcuni sottili anelli.
Saturno
È un po’ più piccolo di Giove ma posto a una distanza doppia dal sole. È formato da un involucri di gas che avvolge un nucleo di idrogeno liquido. Caratteristiche simili a Giove:
- grande velocità di rotazione
- schiacciamento ai poli
- nell’atmosfera, le strisce parallele all’equatore scure e chiare.
Particolari sono gli anelli, sono all’incirca un migliaio, e sono frammenti di ghiaccio e polveri. L’origine di questi anelli è dovuta forse ala grande forza di gravità di Saturno, che ha attirato verso di se un meteorite allungandolo, oppure ha impedito al materiale con cui di è formato il pianeta di unirsi in un altro corpo. Tra i suoi 18 Satelliti importante è Titano, che è grande il doppio della luna e ha un atmosfera propria.
PIANETI DI GHIACCIO
Hanno temperature estremamente basse.
Urano
Ha una caratteristica unica: il suo asse di rotazione giace quasi sul piano dell’orbita, invece di essergli perpendicolare. Perciò, visto che la sua rotazione dura in totale 84 anni, ogni zona polare passa 40 anni totalmente alla luce e 40 all’ombra. E’ un pianeta freddissimo. Struttura interna:
- nucleo roccioso
- un oceano formato da ciò che forma l’atmosfera ma allo stato liquido
- l’atmosfera formata da idrogeno, elio e metano (a questo si deve la sua colorazione azzurra).
Vi ruotano intorno 10 sottili anelli e almeno 17 satelliti.
Nettuno
E’ molto lontano. Nell’alta atmosfera ruota su se stesso in 16 ore e la sua rivoluzione intorno al sole dura 164 anni circa. E’ formato da un oceano di gas liquidi e coperto da un’atmosfera verde-azzurra, nella quale ci sono complessi moti circolari. Infatti ci sono
- le stesse bande parallele all’equatore di Giove e Saturno
- macchie più scure, che sono strutture cicloniche profonde
- nuvole chiare
Il calore di Nettuno non può provenire dal sole, considerando la grande distanza, ma dal calore liberato dal nucleo interno, ancora in parte liquido. Ruotano intorno a Nettuno almeno 3 anelli e 8 satelliti, il maggiore dei quali, Tritone, è uno dei mondi più freddi finora scoperti, e sulal sua superficie sono stati visti dei “pennacchi” altissimi e scuri che potrebbero essere derivati o dall’attività vulcanica o da geyser.
Plutone
E’ stato trovato confrontando le fotografie di due corpi che sembravano stelle: si è visto che era un pianeta perché le stelle restano fisse, mentre i pianeti cambiano posizione. Percorre in 248 anni un’orbita molto più eccentrica di quella degli altri pianeti: un perielio si trova all’interno dell’orbita di Nettuno ma le due orbite non si toccano. Per le sue dimensioni (è più piccolo della luna) potrebbe essere considerato un pianeta terrestre, ma la sua temperatura (fredda quanto basta per far solidificare i gas pesanti) ne fa un pianeta gioviano. E’ privo di atmosfera e per la sua densità è una grossa sfera di polvere e gas congelati.