Il sistema Terra nello spazio

Transcript

unità
I pianeti sono stati identificati,
fin dall’antichità, come corpi celesti
“vaganti” sullo sfondo apparentemente
immobile della volta celeste. Oggi
sappiamo che essi, insieme alla Terra
e ad altri corpi minori, fanno parte di un
unico sistema, il Sistema Solare: hanno
un’origine comune, che risale a circa
cinque miliardi di anni fa, e subiscono
tutti l’attrazione gravitazionale
della stella Sole, che li trattiene
in orbita intorno a sé.
2
Il Sole e i suoi
pianeti
Da circa cinquant’anni le missioni spaziali
hanno consentito, per la prima volta
nella storia umana, l’esplorazione diretta
del Sistema Solare. In particolare,
le sonde automatiche hanno raccolto
e inviato a Terra immagini e dati sul Sole,
sui pianeti e sui loro satelliti.
3
lezione
lezione
1
Il Sistema
Solare
lezione
50
B
Il sistema Terra
nello spazio
La Luna, il satellite
della Terra
Il satellite naturale del nostro pianeta,
la Luna, è il corpo celeste più legato
alla vita degli esseri umani, insieme
al Sole. Il ciclo delle fasi lunari, per
esempio, è stato alla base di molti
calendari. La combinazione dei suoi moti
fa sì che ne vediamo sempre la stessa
faccia; la sua posizione relativa rispetto
al Sole e alla Terra permette che si
verifichino, in particolari condizioni,
gli spettacolari eventi di eclissi.
FOCUS/TECH/ASTRO
Comunicare con lo spazio
C’era una volta un pianeta
© Pearson Italia S.p.A., F. Calvino, Il nuovo Explorer
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ATTIVITÀ
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Che cosa vedi?
Un “ritratto” non del tutto fedele
del Sistema Solare: immagina che il Sole
si trovi oltre il margine sinistro di questa
doppia pagina; seguono, da sinistra,
i quattro pianeti terrestri, Mercurio,
Venere, Terra e Marte, la fascia degli
asteroidi, quindi i quattro pianeti gioviani,
Giove, Saturno, Urano e Nettuno.
Le distanze fra i pianeti, naturalmente,
non sono in scala, ma lo sono l’ordine
e le dimensioni reciproche.
La Terra, così come gli altri corpi
del Sistema Solare, risente dell’attrazione
gravitazionale del Sole. Il suo movimento
nello spazio è la combinazione
della rotazione che compie intorno
al proprio asse in circa 24 ore, e dell’orbita
ellittica che percorre intorno al Sole
nel corso di un anno. Questi moti sono
responsabili dei due cicli che influenzano
ogni aspetto della nostra vita: l’alternarsi
del dì e della notte e il ciclo delle stagioni.
L’Universo oltre
il Sistema Solare
archivio PPBM
5
lezione
lezione
4
I moti
della Terra
51
Poiché non abbiamo la possibilità
di sperimentare “sul campo” la
composizione e la struttura delle stelle,
delle galassie e, a maggior ragione,
dell’intero Universo, dobbiamo fare
ricorso a tutte le informazioni che la luce
delle stelle porta con sé per formulare
teorie sulla natura e sull’evoluzione degli
oggetti celesti.
FOCUS/EDU
Esploratori o colonizzatori?
ATTIVITÀ
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VISUALIZZA & ESPLORA
Lontano nello spazio e nel tempo
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unità
lezione
B
1
Il Sistema Solare
1 figura 2
52
La galassia M51, molto simile alla nostra, vista in sezione.
OBIETTIVI
Ω conoscere
la struttura
del Sistema
Solare
Ω conoscere
le origini
del Sistema
Solare
Ω descrivere
le leggi che
regolano i moti
dei pianeti
2 figura 1
Il Sistema
Solare è
composto
da 8 pianeti
e da altri oggetti
più piccoli.
1
Pianeti, satelliti e corpi minori
Fin dall’antichità, osservando il cielo notturno furono identificati alcuni oggetti che sembravano “vagare” fra le stelle, i ˘pianeti (dal greco planetes, erranti).
Oggi sappiamo che gli otto pianeti Mercurio, Venere,
Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno sono
corpi celesti che, insieme ad altri oggetti minori, sono
“trattenuti” in continuo movimento intorno al ˘Sole:
essi costituiscono la parte principale del ˘Sistema Solare (figura 1). Alcuni pianeti, come la stessa Terra, sono
circondati da lune, o satelliti naturali.
Il cielo notturno, inoltre, è attraversato spesso dalle
scie luminose delle stelle cadenti, piccoli corpi vaganti
nello spazio e attratti dalla Terra, sulla quale cadono,
disintegrandosi quando entrano nell’atmosfera terrestre. Si tratta delle meteore, che prendono il nome
di meteoriti se arrivano a toccare il suolo. Meteore
e meteoriti sono solo alcuni dei milioni di asteroidi
che esistono nello spazio, le cui dimensioni vanno da
pochi metri a quelle di piccoli pianeti. Sono avanzi
della formazione del Sistema Solare che ancora oggi
circolano fra i pianeti, concentrandosi in alcune zone
dove costituiscono delle vere e proprie fasce: le più
importanti sono la fascia degli asteroidi fra Marte e
Giove e la fascia di Kuiper, esterna a Nettuno, il cui
membro di spicco è Plutone, a lungo considerato un
pianeta.
All’esterno di tutto il sistema c’è un involucro sferico che contiene miliardi di altri corpi di piccole dimensioni che, durante le loro scorribande per il Sistema Solare, possono divenire molto appariscenti: le
comete.
FASCIADI+UIPER
| La Galassia
Se il cielo notturno è particolarmente limpido e non
“inquinato” dalla luce diffusa dei centri urbani, si riesce a osservare una striscia di stelle talmente fitte da
sembrare una nube luminosa: la Via Lattea. È ciò che
noi vediamo della Galassia, l’enorme sistema stellare,
costituito da oltre 100 milioni di stelle, al quale appartiene il Sistema Solare (vedi Lezione B5). Se potessimo
osservarla “dall’esterno”, vedremmo che ha la forma
di un disco, con un nucleo centrale e alcuni bracci a
spirale che si allungano a partire dalla zona centrale: il
Sistema Solare è situato alla periferia di uno di questi bracci. Solo all’inizio del secolo scorso si riuscì a
stabilire con certezza l’esistenza di altri sistemi stellari
simili, denominati ˘galassie (con l’iniziale minuscola).
Oggi sappiamo che l’Universo è popolato da miliardi
di galassie, molte delle quali sono osservabili grazie ai
telescopi di ultima generazione (figura 2).
2
Nascita e formazione del Sistema Solare
Il Sole è una stella, cioè un corpo celeste che
emette energia prodotta al suo interno. Pur essendo
una stella di medie dimensioni, è il corpo più grande
del Sistema Solare: da solo comprende oltre il 99% della materia di cui è formato quest’ultimo.
Il Sole, come tutte le stelle, è costituito in prevalenza da idrogeno (H) che, attraverso reazioni di fusione
termonucleare, si trasforma progressivamente in un
altro elemento: l’elio (He). A temperature di milioni
di gradi e pressioni enormi – proprio come accade nel
nucleo del Sole e di tutte le stelle – i nuclei degli atomi
di idrogeno possono “fondersi” e dare origine a nuclei di atomi di elio. Durante questo processo si libera
un’enorme quantità di energia che attraversa il Sole e
si diffonde in tutto il Sistema Solare.
.ETTUNO
ENERGIA
NUCLEI
DIIDROGENO
5RANO
FASCIADEGLIASTEROIDI
3OLE
-ERCURIO
6ENERE
-ARTE
3ATURNO
4ERRA
'IOVE
PRESSIONEETEMPERATURA
ALTISSIME
NUCLEO
DIELIO
Ciò avviene da circa 5 miliardi di anni, cioè da quando,
attraverso le fasi descritte di seguito, il Sistema Solare si
è formato (figura 3).
” Probabilmente a causa dell’onda di compressione
prodotta dall’esplosione di una stella, una delle numerose nebulose, “nuvole” di polveri e gas, della Galas-
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COLLASSO
GRAVITAZIONALE
L’acqua nel Sistema Solare
NUBEDIGASEPOLVERI
Fra tutti i pianeti del Sistema Solare, solo la Terra presenta
condizioni adatte alla presenza dell’acqua allo stato liquido
in superficie. Nel grafico vengono riportate la pressione
e la temperatura riscontrabili sulla superficie dei vari
pianeti: sulla Terra e su Marte l’escursione termica fra le
varie zone e i vari periodi permette la presenza dell’acqua
in diversi stati fisici, ma su Marte, a causa della bassa
pressione, l’acqua non può presentarsi stabilmente
nella fase liquida. Leggi attentamente la Lezione, poi
osserva il grafico e rispondi alle domande che seguono.
NEBULOSAINROTAZIONE
COLLASSO
EAPPIATTIMENTO
0RESSIONEATM
NEBULOSASOLARE
PROTOSOLE
PROTOPIANETI
3ISTEMA3OLARE
sia cominciò a contrarsi. Condensandosi, a causa della
rotazione, prese una forma lenticolare, tondeggiante e
appiattita.
” Nella zona centrale della nebulosa, dove la materia
Gli stadi della
formazione
del Sistema
Solare.
'()!##)/
!#15!,)15)$!
6ENERE
3ATURNO
5RANO
4ERRA
.ETTUNO
'IOVE
1 figura 3
53
6!0/2%!#15%/
-ARTE
-ERCURIO
FACCIARIVOLTAAL3OLE
« « «
si concentrava maggiormente, raggiunta una temperatura di un milione di gradi ebbe inizio la produzione
di energia: si era “acceso” il Sole.
4EMPERATURA°#
” Quando l’energia emessa dal neonato Sole, ancora
3
A
a
b
c
d
I pianeti
A causa della distribuzione del materiale nella nebulosa originaria, i pianeti nelle vicinanze del Sole (pianeti terrestri o pianeti interni) risultarono piccoli, ma
formati di materiali pesanti; più lontano, la grande abbondanza di gas diede origine a pianeti giganti, ma di
bassa densità (pianeti gioviani o pianeti esterni).
| Più vicini al Sole
I pianeti terrestri sono Mercurio, Venere, Terra e
Marte. Piccoli, solidi e densi, sono formati da materiali di peso specifico elevato, soprattutto silicati e metalli
(ferro e nichel), simili a quelli che costituiscono la Terra.
I pianeti terrestri possiedono tutti un’atmosfera abbastanza leggera: non possono infatti trattenere i gas più
volatili a causa della vicinanza al Sole e della loro piccola massa. Solo Venere ha un’atmosfera densa perché
è costituita da gas molto pesanti, soprattutto diossido
di carbonio (96,4%) e tracce di acidi. Marte è dotato
di un’atmosfera piuttosto rarefatta e presenta tracce di
acqua in forma di ghiaccio sotto la superficie.
Fra i pianeti interni, solo la Terra e Marte hanno satelliti naturali: la Luna gira attorno alla Terra e Phobos
e Deimos attorno a Marte.
Scegli la risposta o il completamento corretto.
˘ L’acqua è presente allo stato di vapore sul pianeta:
Venere
Giove
Mercurio
sia a sia c sono corretti
˘ Perché su alcuni pianeti l’acqua in superficie è sempre
allo stato solido?
a
b
c
c
B
perché la temperatura superficiale è superiore a 0 °C
perché la temperatura superficiale è inferiore a 0 °C
perché tutti i pianeti sono terrestri
perché tutti i pianeti sono gioviani
E ora, pensaci bene...
˘ Quali sono i valori di pressione e temperatura
che consentono all’acqua di esistere allo stato liquido
sulla Terra?
˘ A quale temperatura l’acqua passa dallo stato liquido
a quello solido?
˘ In quali stati si trova l’acqua nel punto in cui le curve
del grafico si incontrano?
IL SISTEMA TERRA NELLO SPAZIO
immerso nel materiale della nube, fu in grado di contrastare la contrazione, la radiazione iniziò ad allontanare dalle vicinanze della stella gran parte del materiale
leggero, l’idrogeno e l’elio, e cominciarono a prendere
forma i pianeti.
B
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B1
il sistema solare
4
Le leggi che regolano il moto
dei pianeti
I pianeti, i satelliti, le comete sono in continuo movimento nello spazio. I pianeti, in particolare, ruotano
su se stessi attorno a un asse (moto di rotazione) e
descrivono intorno al Sole percorsi, detti orbite, a forma
di ellisse (moto di rivoluzione). L’ellisse, una linea
chiusa simile a una circonferenza un po’ schiacciata, è
una figura geometrica che si determina facendo riferimento a due punti chiamati fuochi: la somma delle
distanze di un punto qualsiasi dell’ellisse dai due fuochi
è costante.
Il merito di avere scoperto la forma delle orbite e
le leggi che regolano la velocità con cui i corpi celesti le percorrono è di Giovanni Keplero, astronomo
tedesco vissuto a cavallo fra XVI e XVII secolo. Egli
poté avvalersi delle precise osservazioni dell’astronomo
danese Tycho Brahe, di cui fu assistente. Le leggi che
regolano il moto dei pianeti sono note appunto come
˘leggi di Keplero.
54
1 figura 4
La cometa Hale
Bopp. Il 23 marzo
1997 passò
a “soli” 195
milioni di km
dalla Terra.
|
I giganti del Sistema Solare
I pianeti gioviani, esterni alla fascia degli asteroidi,
sono Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Simili per
dimensioni e composizione, sono costituiti da elementi
leggeri, idrogeno ed elio, per la maggior parte allo stato
liquido a causa della pressione elevata cui sono sottoposti. Le grandi masse di questi pianeti determinano
un’intensa forza di attrazione gravitazionale, che spiega
la presenza di numerosi satelliti: a Giove ne vengono
attribuiti 63, a Saturno oltre 50. Un’altra interessante
caratteristica dei pianeti gioviani è la presenza, intorno
a ognuno di essi, di una serie di anelli: i più appariscenti
sono quelli di Saturno, formati principalmente di particelle di ghiaccio.
Prima legge di Keplero Stabilisce che i pianeti, muovendosi attorno al Sole, percorrono orbite ellittiche di
cui il Sole occupa uno dei due fuochi (figura 5). A
causa della forma della sua orbita, un pianeta non si trova sempre alla stessa distanza dal Sole: il punto dell’orbita in cui si trova più vicino al Sole è detto perielio,
quello in cui si trova più lontano è detto afelio.
PIANETA
3OLE
FUOCHIDELL°ELLISSE
| Oltre i pianeti
All’esterno dell’orbita di Nettuno c’è la fascia di
Kuiper, costituita da centinaia di corpi di notevoli dimensioni, il più noto dei quali è Plutone con il suo
satellite Caronte. Il potenziamento degli strumenti
di osservazione ha permesso di recente la scoperta di
molti altri corpi di questa fascia, alcuni di grandi dimensioni, come per esempio 2005FY9, di 1800 km di
diametro.
La periferia del Sistema Solare è circondata da
una nube di piccoli corpi, chiamata nube di Oort,
formati da gas ghiacciati misti a polvere e frammenti
rocciosi: le comete. Talvolta, per cause ancora ignote, alcune di esse entrano all’interno del Sistema Solare. Il calore solare produce la sublimazione, cioè il
passaggio dei gas ghiacciati dallo stato solido a quello gassoso, dando origine alla chioma di gas che
circonda il nucleo della cometa (figura 4).
L’interazione fra la chioma e il vento di particelle
solari (vedi Lezione B2) determina una scia, la coda, che,
proprio a causa della direzione del vento solare, appare
sempre rivolta in direzione opposta al Sole.
PERIELIO
AFELIO
1 figura 5
2 figura 6
Prima legge di
Keplero. Il Sole
occupa uno dei due
fuochi dell’ellisse.
Seconda legge di Keplero.
La velocità del pianeta aumenta
quando è vicino al Sole e
diminuisce quando è lontano.
RAGGIOVETTORE
AFELIO
PERIELIO
AREEPERCORSE
INTEMPIUGUALI
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˘ Galassie Insiemi di stelle raggruppate dalla reciproca
attrazione gravitazionale, che popolano l’intero Universo
osservabile.
˘ Legge di gravitazione universale Fra due corpi si esercita
una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro
masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro
distanza.
˘ Leggi di Keplero Descrivono la forma delle orbite percorse
dai corpi celesti intorno al Sole e le leggi che ne regolano
la velocità.
55
˘ Pianeta Corpo celeste che ruota attorno al Sole. I pianeti
si distinguono in terrestri o interni, i più vicini al Sole, fra i
quali c’è la Terra, e gioviani o esterni, i più lontani dal Sole.
˘ Sistema Solare Insieme di corpi celesti formato dal Sole,
da 8 pianeti, da 63 satelliti principali e da corpi di minori
dimensioni: comete, asteroidi e meteoriti.
˘ Sole Stella attorno alla quale orbitano la Terra e gli altri
1 figura 7
pianeta si muove attorno al Sole: il raggio vettore (la
linea immaginaria che unisce il pianeta al Sole) spazza
aree uguali in tempi uguali (figura 6). Ciò significa che
la velocità del pianeta non è costante: è massima quando
si trova in perielio e minima in afelio.
Attrazione
gravitazionale.
La lunghezza
delle frecce, che
rappresenta
l’intensità
della forza, è
inversamente
proporzionale
al quadrato
della distanza
fra i due corpi.
Terza legge di Keplero Mette in relazione le dimensio-
ni delle orbite planetarie e il tempo impiegato a percorrerle: il quadrato del periodo di rivoluzione di un
pianeta (il tempo che esso impiega a compiere un’orbita completa) è proporzionale al cubo della sua distanza media dal Sole. I pianeti più vicini al Sole, quindi,
percorrono le loro orbite più velocemente dei pianeti
lontani.
| La legge di gravitazione universale
Le tre leggi di Keplero erano leggi sperimentali in
grado di descrivere il movimento dei corpi celesti, ma
non spiegavano quale forza “costringe” i pianeti a girare in orbita intorno al Sole.
Lo scienziato inglese Isaac Newton, alla fine del
XVII secolo, fu in grado di dimostrare che la forza che
attrae una mela che cade verso terra è la stessa che obbliga la Luna a girare intorno alla Terra e che obbliga i
pianeti a girare intorno al Sole.
La ˘legge di gravitazione universale, da lui formulata, afferma che due corpi qualsiasi si attraggono
con una forza che è direttamente proporzionale alle
rispettive masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa (figura 7).
Secondo la legge di Newton, quindi, ciascun pianeta viene attratto dal Sole con una forza che è direttamente proporzionale alla massa del Sole e a quella
del pianeta, e inversamente proporzionale al quadrato
della loro distanza. Lo stesso fenomeno si osserva fra i
pianeti, fra i pianeti e i loro satelliti e, in generale, fra
tutti i corpi dell’Universo, compresi tutti gli oggetti
che si trovano sulla Terra sottoposti alla forza di gravità
che essa esercita. Per queste ragioni, la legge formulata
da Newton viene detta “universale”.
corpi del Sistema Solare; emette energia attraverso reazioni
termonucleari che trasformano l’idrogeno in elio.
Prepara il test
1. Il Sistema Solare:
a
b
c
d
è formato soltanto da pianeti
ha avuto origine da una nebulosa
non contiene stelle
si trova al centro della Galassia
2. Quale fra i seguenti pianeti è circondato da anelli?
a
b
c
d
Venere
Marte
Saturno
Mercurio
3. La velocità di un pianeta attorno al Sole è costante?
a
b
c
d
sì
no, è massima all’afelio e minima al perielio
no, è massima al perielio e minima all’afelio
tutte le risposte precedenti sono sbagliate
Completa le seguenti frasi con il termine appropriato.
4. L’origine del Sistema Solare si fa risalire a 5 .........................
di anni fa.
5. Le ......................... hanno origine dalla nube di Oort.
6. ......................... è il più piccolo fra i pianeti terrestri.
Vero o falso?
7. Il Sole è il corpo più grande del Sistema Solare.
v f
8. Le orbite dei pianeti sono circolari.
v f
9. L’attrazione gravitazionale fra due corpi
è inversamente proporzionale alla loro massa.
v f
œ Guida allo studio a pagina 78
Seconda legge di Keplero Stabilisce a quale velocità un
B
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unità
lezione
B
21
Il Sole e i suoi
pianeti
56
OBIETTIVI
Ω conoscere
la struttura
del Sole
Ω descrivere
le caratteristiche
dei pianeti
osservate
dalle missioni
spaziali
1
I risultati delle esplorazioni spaziali
Il 4 ottobre 1957 è una data importante nella storia
dell’umanità. Per la prima volta, un oggetto fabbricato
dall’uomo entrava in orbita attorno alla Terra: si trattava
dello Sputnik sovietico. Da quella data le missioni spaziali si sono susseguite sempre più freneticamente, per
poi rallentare in anni recenti a causa dei costi elevati.
Attualmente, si assiste a una ripresa delle esplorazioni,
con obiettivi diversi e risultati forse ancora più significativi.
Non potendo descrivere tutte le missioni, citeremo
quelle più importanti per i risultati ottenuti, trascurando l’oggetto più studiato, la Luna, a cui dedicheremo
una intera Lezione.
2
Il Sole
Da quattrocento anni l’uomo rivolge la propria
curiosa attenzione al Sole di cui, grazie alle dimensioni
e alla vicinanza alla Terra rispetto alle altre stelle, si sono
potuti studiare in dettaglio la superficie e alcuni fenomeni caratteristici.
Già da due secoli è nota la struttura del Sole, divisa
in tre zone (figura 1):
” il nucleo, la porzione più interna in cui avviene la
reazione termonucleare che trasforma l’idrogeno in elio;
4 figura 1
Il Sole è
formato
da tre strati:
il nucleo,
la zona
radiativa,
la zona
convettiva.
La superficie
del Sole è detta
fotosfera.
” la zona radiativa, intermedia, nella quale l’energia
prodotta dalla reazione termonucleare transita, sotto
forma di onde elettromagnetiche, senza innescare movimenti nella materia;
” la zona convettiva, più esterna, in cui la materia si
rimescola, dando alla superficie solare il caratteristico
aspetto di gas in ebollizione.
Anche l’˘attività solare è stata oggetto di studi approfonditi. Con questo termine si definisce il complesso di fenomeni che periodicamente disturbano la
fotosfera, la parte superficiale del Sole, che raggiunge
una temperatura di 6000 °C. Essa presenta una particolare tessitura granulare punteggiata da zone più scure,
le macchie solari, dove la temperatura è inferiore, ma
mostra anche brillamenti (vere e proprie esplosioni) e
protuberanze formate da giganteschi getti di gas. L’attività solare segue un ciclo, che in media dura 11 anni.
| Nuove scoperte...
Negli anni ottanta del secolo scorso si pensava che,
dopo secoli di osservazioni approfondite, sul Sole non
ci fosse più nulla da scoprire, tanto che molti osservatori
solari, fra cui il famosissimo Greenwich, furono chiusi.
Le missioni spaziali aprirono però nuove prospettive
sull’osservazione della nostra stella e dell’intero Sistema
Solare, fornendo una grande quantità di dati e rimettendo in discussione molte delle teorie precedenti.
Le missioni Skylab e SMM (Solar Maximum Mission)
fornirono informazioni sulla parte più esterna del Sole,
la corona, visibile dalla Terra soltanto durante le eclissi
di Sole, e sul vento solare, il flusso continuo di particelle emesso dal Sole che investe tutti i corpi del Siste2 figura 2
Le osservazioni di SOHO. Il Sole ripreso dalla sonda SOHO
attraverso un filtro per studiare in dettaglio le strutture
della corona solare.
FOTOSFERA
ZONA
CONVETTIVA
ZONA
RADIATIVA
NUCLEO
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Un problema di soldi
a
3
I pianeti terrestri
b
1 figura 3
Mercurio e Venere.
[a] Parte del
bacino Caloris,
su Mercurio;
[b] immagine
radar di uno dei
vulcani di Venere.
PASSAGGIOVICINOA6ENERE
APRILE
ORBITADELLA4ERRA
MANOVRECORRETTIVE
NELLOSPAZIOPROFONDO
DICEMBRE
LANCIO
OTTOBRE
PASSAGGIOVICINOA'IOVE
DICEMBRE
ORBITADI6ENERE
ORBITA
DI'IOVE
PASSAGGIOVICINOALLA4ERRA
AGOSTO
A
ORBITA
DI3ATURNO
Scegli la risposta corretta.
˘ Nella figura è rappresentato (in rosso) l’avventuroso
viaggio della sonda Cassini. Quante volte la sonda
ha sfruttato l’attrazione gravitazionale di un pianeta
per accelerare la propria velocità?
| Venere
A causa della densa coltre di nubi che lo circonda,
Venere è ancora oggi un pianeta misterioso.
Dal punto di vista delle esplorazioni spaziali, ha rappresentato una grande delusione, in quanto gli astronomi, considerandolo il gemello della Terra, lo ritenevano
un probabile candidato a ospitare la vita (figura 3b). Le
sonde russe della serie Venera hanno dissipato ogni
speranza: dopo nove tentativi infruttuosi, la sonda fu
rivestita di ceramica così da resistere all’atmosfera acida
del pianeta e poté atterrare. Sulla superficie di Venere le
condizioni si rivelarono infernali: una densa atmosfera
ricchissima di diossido di carbonio genera una pressione al suolo di 90 atm, dando origine a un intenso effetto
serra che porta la temperatura media a circa 470 °C.
Inoltre, su tutto il pianeta soffiano venti a una media di
400 km/h.
ARRIVOA3ATURNO
LUGLIO
PASSAGGIOVICINOA6ENERE
GIUGNO
| Mercurio
Mercurio era il pianeta meno noto, a causa delle sue
piccole dimensioni e della sua vicinanza al Sole: non si
conosceva nemmeno il periodo di rotazione. Le sonde Mariner 10 (1974-75) e Messanger (2008) hanno svelato un corpo con una superficie molto simile a
quella lunare, completamente coperto di crateri, fra cui
il più grande bacino da impatto conosciuto, il Bacino
Caloris, di 1550 km di diametro (figura 3a).
Il periodo di rotazione è di 58,646 giorni, pari a
due terzi del periodo di rivoluzione attorno al Sole,
87,969 giorni. Questo ˘accoppiamento fa sì che su
Mercurio il ciclo del dì e della notte duri il doppio del
periodo di rivoluzione, cioè quasi 176 giorni terrestri.
In qualsiasi punto di Mercurio, quindi, il Sole è visibile
per 88 giorni terrestri, durante i quali le temperature superano i 400 °C; nella notte, altrettanto lunga, la
temperatura scende a –100 °C.
57
a
b
c
d
B
una volta
due volte
tre volte
quattro volte
˘ La sonda Cassini ha potuto misurare con precisione,
lavorando in coppia con la sonda Galileo che si trovava
già da anni nel sistema di Giove, la struttura del campo
magnetico di questo pianeta. Attorno a quale data
questo è avvenuto?
˘ Quanto è durato il viaggio della sonda Cassini
verso Saturno e Titano?
ma Solare. Successivamente, la sonda SOHO (SOlar and
Heliospheric Observatory) venne lanciata con lo scopo di
studiare le caratteristiche della corona (figura 2). Grazie
a SOHO si sono potute osservare più di 500 comete,
non visibili dalla Terra, tuffarsi nel Sole e scomparire.
La sonda ULYSSES fu fatta vagare per quasi tutto
il Sistema Solare in modo da raggiungere la necessaria accelerazione attraverso l’˘assistenza gravitazionale dei pianeti, Giove in particolare. Ciò le ha
permesso di lasciare il piano orbitale del sistema per
raggiungere le regioni polari del Sole, le più difficili
da osservare dalla Terra.
Fino al 1992, quando una sonda veniva lanciata verso
un corpo del Sistema Solare, si approntava un razzo
che avesse la potenza sufficiente a portare il veicolo
direttamente a destinazione. In seguito, drastiche restrizioni
nei fondi non permisero più la costruzione di razzi così
potenti e costosi. La conoscenza delle leggi fisiche permise
di ideare questa soluzione: le sonde non venivano lanciate
direttamente verso gli obiettivi, quando questi erano
troppo lontani, ma verso pianeti più vicini e più
facili da raggiungere i quali, con la loro attrazione
gravitazionale, acceleravano ulteriormente la sonda.
La massiccia sonda Cassini, durante il viaggio verso
Saturno, ha sfruttato al massimo questa tecnica.
Dopo avere letto attentamente questa Lezione, rispondi
alle seguenti domande.
B
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B2
il sole e i suoi pianeti
Per ottenere una mappa della superficie del pianeta,
nel 1990 è stata mandata in orbita la sonda Magellano
che ha disegnato una ˘mappa radar, rilevando molti
vulcani, probabilmente ancora attivi.
Attualmente, la sonda europea Venus Express, in
orbita dal 2006, sta completando l’opera della Magellano dalla sua orbita polare.
| Marte
58
Marte è stato la meta principale delle missioni spaziali: 35, fino al 2007. I primi importanti risultati si
ottennero con il Mariner 9 e le sonde Viking, che
rivelarono un pianeta diviso in due emisferi dall’aspetto molto diverso: un emisfero meridionale notevolmente craterizzato, costituito da terreni molto antichi,
e un emisfero settentrionale decisamente più recente.
Su Marte sono stati rilevati numerosi grandi vulcani,
fra cui il più grande di tutto il Sistema Solare, il Monte Olimpo, alto 26 000 m; inoltre, sono state osservate
estese tempeste di polvere che avvolgono periodicamente tutto il pianeta.
Numerose missioni più recenti (i rover Spirit e Opportunity e le sonde Mars Express e Phoenix) hanno
analizzato il suolo marziano e accertato la presenza nel
sottosuolo del pianeta di una grande quantità di ghiaccio.
L’esistenza di alcune strutture simili ai bacini idrografici
terrestri sembra confermare che, in un lontano passato,
le condizioni su Marte dovessero essere molto diverse e
l’acqua fosse un elemento abbondante (figura 4). Esito
negativo hanno dato invece le ricerche di materiale di
origine organica, testimonianza della presenza, se non
attuale almeno passata, di forme di vita.
Attualmente sono in corso missioni su Marte e altre
sono programmate per un futuro non lontano.
2 figura 4
Marte ripreso
nel 2006 dalla
sonda Mars
Global Surveyor,
in orbita attorno
al pianeta per
analizzare
la composizione
del suo suolo.
4
I pianeti gioviani
| Giove
La prima grande missione spaziale verso i pianeti
esterni è stata quella delle sonde Voyager, che li hanno visitati tutti e quattro. Insieme ad altre che hanno
visitato Giove di passaggio, hanno fornito un quadro
abbastanza preciso del pianeta e dei suoi satelliti.
Giove è costituito in prevalenza da idrogeno allo stato
liquido e gassoso e da elio: il pianeta ha una struttura
liquida all’interno della quale, probabilmente, si trova
un nucleo di roccia e ferro. Il tutto è avvolto da una
densa atmosfera di idrogeno, con grandi nubi di ammoniaca e metano disposte parallelamente all’equatore
a causa della grande velocità di rotazione. Al bordo di
queste fasce, l’interazione fra le diverse sostanze determina vortici che danno origine a fenomeni simili ai
nostri tifoni, di durata lunghissima (figura 5).
Molto interessanti sono le strutture esterne al pianeta:
l’˘anello scuro, difficilmente visibile, e un complesso sistema di ˘satelliti, fra cui ne spiccano quattro di grandezza
planetaria. Questi ultimi sono stati studiati in dettaglio dalla
sonda Galileo. Il satellite Europa, in particolare, dovrebbe essere costituito da un nucleo roccioso avvolto da uno
spesso oceano di acqua, coperta da uno strato di ghiaccio
dello spessore di un paio di kilometri soltanto. Forse in
queste condizioni potrebbero nascere forme di vita.
| Saturno
È il pianeta gemello di Giove, seppure di minori dimensioni. Le missioni Voyager ne hanno rilevato la
struttura, i numerosissimi satelliti e il complesso sistema
di anelli, formati da miriadi di particelle ghiacciate e
polveri che possono assumere dimensioni assai variabili, da quelle di un corpuscolo fino al metro cubo.
Ciascun anello ruota intorno al pianeta su una propria
orbita (figura 6).
La missione Cassini-Huygens è stata lanciata nel
1997 proprio con l’obiettivo di studiare il sistema di
satelliti e anelli di Saturno. Nel gennaio 2005 il modulo
Huygens è atterrato su Titano, il più grande satellite
di Saturno e dell’intero Sistema Solare, che presenta una
densa atmosfera, probabilmente molto simile a quella primordiale della Terra. A una temperatura di circa
–170 °C, l’acqua in superficie si trova allo stato solido
ed è costellata da ampi bacini di metano liquido.
| Urano e Nettuno
L’unica sonda passata nelle vicinanze di Urano e Nettuno è stata la Voyager 2, deviata dalla propria rotta nel
1989 per approfittare della disposizione favorevole dei
due corpi celesti in quel periodo. Urano e Nettuno
apparvero di un bel colore azzurro a causa della riflessione selettiva dello spettro della luce
3 figura 5
operata dal metano gassoso presente
L’atmosfera
nella loro atmosfera, più tranquilla di
di Giove.
quella di Giove e Saturno (figura 7).
Da questa
La struttura non è molto diversa
immagine della
sonda Galileo
da quella degli altri pianeti gioviani,
si rilevano
ma la massa più piccola modifica la
le bande chiare
distribuzione interna, dove il nucleo
e le fasce scure
solido dovrebbe essere, in percentuadell’atmosfera
le, più grande. Entrambi presentano
di Giove e i
cicloni che si
un sistema di anelli: numerosi, ma
innescano ai
molto sottili, quelli di Urano, particonfini, fra cui la
colari quelli di Nettuno, la cui strutfamosa macchia
tura appare di spessore diverso nelle
rossa, visibile
varie parti.
da 300 anni.
ExpA-E.indb 58
27-01-2009 12:32:36
˘ Accoppiamento Sincronizzazione fra i periodi di rotazione
e di rivoluzione di due corpi celesti, l’uno in orbita attorno
all’altro.
˘ Anelli Strutture che ruotano intorno a tutti i grandi pianeti;
di spessore molto sottile, possono avere un’ampiezza
variabile. Sono probabilmente formati da materiali che
non si sono aggregati in satelliti a causa della grande massa
del pianeta vicino.
˘ Assistenza gravitazionale Tecnica che sfrutta l’attrazione
gravitazionale dei pianeti per accelerare e modificare
la traiettoria delle sonde, permettendo loro di raggiungere
regioni dello spazio altrimenti inaccessibili.
59
˘ Attività solare Complesso di fenomeni che si sviluppano
Le osservazioni delle sonde spaziali hanno riguardato anche altri corpi del Sistema Solare: nel 1991 la
sonda Galileo, durante il proprio viaggio verso Giove,
attraversò la fascia degli asteroidi e scattò le prime immagini ravvicinate di Gaspra, un asteroide roccioso, e
dell’asteroide Ida con il suo piccolo satellite Dactyl. Nel
1997 la sonda NEAR, prima di raggiungere e schiantarsi nel 2001 sull’asteroide Eros, uno di quelli considerati pericolosi perché si avvicinano di più alla Terra,
fotografò anche l’asteroide Mathilde, uno dei corpi più
scuri del Sistema Solare, in quanto riflette solo il 4%
della radiazione che lo investe.
Le sonde tengono sotto osservazione anche le comete, perché gli scienziati ritengono, confortati ormai
da molte osservazioni, che l’interazione fra radiazione solare e materiale cometario produca composti del
carbonio essenziali alla vita. Nel 1986 la sonda Giotto
passò a soli 596 km dal nucleo della cometa di Halley;
nel 2005 la sonda Deep Impact penetrò nella cometa
Tempel 1; nel 2006 la sonda Stardust prelevò e recapitò a Terra un campione di materiale cometario.
Attualmente è in viaggio la sonda Rosetta, partita
nel 2004, che raggiungerà nel 2014 la cometa Churyumov-Gerasimenko.
1 figura 6
Saturno e i
suoi anelli.
Una suggestiva
immagine
di Saturno
in controluce
(il Sole è oltre
il pianeta rispetto
all’osservatore),
ripresa dalla
sonda Cassini.
sulla superficie del Sole: macchie solari, brillamenti, getti
di gas; segue un ciclo, che in media dura undici anni.
˘ Mappa radar È una mappa costruita facendo uso
del radar per stabilire il livello del suolo. Lo strumento
posto sulla sonda che sorvola il pianeta emette un impulso
il cui tempo di ritorno stabilisce a che livello è posto
il suolo sottostante.
˘ Satellite Corpo celeste che orbita attorno a un pianeta.
Alcuni satelliti presentano masse di grandezza planetaria
come Ganimede, satellite di Giove, e Titano, satellite
di Saturno, più grandi di Mercurio.
Prepara il test
Scegli il completamento corretto.
1. La produzione di energia nel Sole è dovuta alla fusione
dell’idrogeno, che si trasforma in elio. Essa avviene:
a
b
c
d
nella corona
nella zona convettiva
nella zona radiativa
nel nucleo
2. La densa atmosfera di Venere è costituita
principalmente da:
3 figura 7
Nettuno ripreso
dalla sonda
Voyager 2.
Nell’atmosfera
sono visibili
una macchia
scura e alcune
nubi, bianche
a causa della loro
altezza.
a
b
c
d
ossigeno
azoto
diossido di carbonio
vapore acqueo
3. L’acqua che è stata rilevata su Marte si trova:
a
b
c
d
in laghi e oceani
nell’atmosfera
sotto forma di ghiaccio nel sottosuolo
sia b sia c sono corretti
4. La ......................... è il disco luminoso del Sole.
5. Il vulcano più alto del Sistema Solare è il Monte Olimpo
che misura ......................... m.
6. Su Venere la temperatura media è di ......................... °C
con venti che spirano a 400 km/h.
7. Gli ......................... di Saturno sono formati da particelle
ghiacciate e polveri di dimensioni variabili.
5
Asteroidi e comete
B
ExpA-E.indb 59
27-01-2009 12:32:40
FOCUS TECH
Comunicare
con lo spazio
60
La rete di comunicazione
spaziale chiamata Deep Space
Network permette di mantenere
un contatto con le sonde in
viaggio nel Sistema Solare.
La sua impresa più famosa è
il contributo al salvataggio
dell’Apollo 13, nel 1970.
Un salvataggio a distanza
«Houston, abbiamo un problema». La
nave spaziale Apollo 13 rischiava di
distruggersi nello spazio, e con lei il
suo equipaggio. L’allarme dell’astronauta Jim Lovell, reso famoso dall’interpretazione cinematografica di Tom
Hanks, è stato captato con tempismo
dal centro di riferimento della NASA,
che ha guidato a distanza la navetta
nella manovra d’emergenza. L’abilità di Lovell e compagni, unita alla
prontezza dei tecnici di Houston, ha
permesso il successo dell’operazione.
Ma se gli astronauti dell’Apollo 13
sono riusciti a tornare sulla Terra sani
e salvi, il merito è anche e soprattutto
della rete di comunicazione chiamata
Deep Space Network (DSN, in italiano
“Rete dello spazio profondo”). Infatti,
per risparmiare la poca energia rimasta,
gli astronauti hanno dovuto spegnere i
normali sistemi di comunicazione e affidarsi appunto al DSN, grazie a cui le
loro voci continuavano ad arrivare alla
base nitide e senza interruzioni.
La rete è composta da tre centri di
telecomunicazioni a larghissimo raggio,
situati uno nel deserto della California, uno vicino a Madrid, in Spagna,
e l’altro vicino a Canberra, la capitale
dell’Australia: il motivo di questa
dislocazione è che le tre località
distano l’una dall’altra circa 120° di
longitudine (un terzo della circonferenza terrestre), e ottimizzano così
la possibilità di inviare e ricevere
segnali da una sonda, in qualunque
posizione si trovi nello spazio.
Ognuno dei tre centri comprende
diverse antenne, di cui la più importante e spettacolare è una grande
antenna parabolica dal diametro di 70
metri.
Un punto di riferimento
per le sonde
Il salvataggio dell’Apollo 13 è il
successo più famoso del DSN, ma
la rete, nata nel 1958, è in funzione
ancora oggi, ed è usata soprattutto
per le missioni spaziali senza equipaggio: le telecomunicazioni di questo
tipo sono strumenti essenziali per
controllare e mantenere la rotta,
in assenza di un controllo umano
a bordo. Per esempio la rete si è
dimostrata fondamentale per recuperare la missione SOHO, che nel
1998 rischiava di fallire. In generale,
tutte le sonde in viaggio nel Sistema
Solare sono in contatto con il DSN,
a cui trasmettono dati e da cui ricevono istruzioni. La sua importanza
è sempre maggiore, dato il numero
crescente delle missioni spaziali: si
stima che nel 2020 il numero di sonde in contatto con il DSN sarà
il doppio rispetto al 2005.
Oltre che come supporto per le comunicazioni, il DSN viene utilizzato
per la ricerca astronomica: per esempio, per determinare con precisione
la posizione e le dimensioni di un
corpo celeste, o analizzare la radiazione che emette per risalire alla sua
composizione chimica e fisica.
Il DSN è gestito dal California
Institute of Technology per conto della
NASA e quindi, in ultima analisi, dal governo degli Stati Uniti. Anche l’Agenzia
Spaziale Europea (ESA) si appoggia al
DSN per le sue missioni, ma sta sviluppando una sua propria rete alternativa.
IN SINTESI
˘
Deep Space Network (DSN, in italiano “Rete dello spazio profondo”)
è una rete di comunicazione spaziale
in contatto con tutte le sonde in
viaggio nel Sistema Solare.
˘
Consiste di tre centri di telecomunicazioni, situati in California,
in Spagna e in Australia.
˘
La sua impresa più famosa è il salvataggio dell’Apollo 13.
˘
Il DSN è usato anche per la ricerca
astronomica.
ExpA-E.indb 60
27-01-2009 12:35:19
FOCUS ASTRO
C’era una volta
un pianeta
61
Scoperto nel 1930 e considerato da allora il nono pianeta del
Sistema Solare, Plutone è stato
declassato nel 2006 al rango
di pianeta nano. La “colpa” è la
scoperta nella fascia di Kuiper di
altri corpi celesti simili a Plutone, a volte, come nel caso di Eris,
anche più grandi.
Plutone con il satellite naturale Caronte, di dimensioni confrontabili, e altri due satelliti minori.
“pulire” la fascia nella quale orbitano da altri oggetti di dimensioni
confrontabili.
Nella nuova categoria è stata
inclusa, oltre a Plutone ed Eris,
anche Cerere, che a differenza dei
suoi simili si trova nella fascia
degli asteroidi, fra Marte e Giove.
Nel 2008 si è aggiunto un nuovo
pianeta nano, Makemake, ed è
probabile che l’elenco continuerà
a ingrossarsi. La storia però non
finisce qui, e per Plutone c’è una
piccola rivincita: per distinguerli
dagli asteroidi, i pianeti nani che si
trovano oltre l’orbita di Nettuno
sono stati inseriti in una sottocategoria a parte, quella dei plutoidi.
Privato del suo rango di pianeta,
Plutone ha dunque almeno la
consolazione di aver dato il suo
nome a una nuova classe di corpi
celesti. Fra i quali, anche se non è il
più grande, resterà in questo modo il
più famoso, oltre che il primo.
IN SINTESI
˘
Plutone, scoperto nel 1930, è stato
considerato per 76 anni il nono
pianeta del Sistema Solare.
˘
Recentemente sono stati scoperti
corpi celesti simili a Plutone, alcuni
(come Eris) anche più grandi.
˘
Gli astronomi hanno deciso nel 2006
di creare una nuova categoria
di corpi celesti: i pianeti nani.
˘
Dei pianeti nani fanno parte, fra
gli altri, Plutone ed Eris, ma anche
l’asteroide Cerere.
˘
I pianeti nani che si trovano oltre
l’orbita di Nettuno sono chiamati
plutoidi.
Se i corpi celesti provassero sentimenti, Plutone saprebbe con chi
prendersela. Il “colpevole” è un
oggetto della fascia di Kuiper dal
nome di Eris: è a causa sua che, dopo
76 anni di onorata carriera, Plutone ha smesso nel 2006 di essere il
nono pianeta del Sistema Solare per
acquistare lo status, senz’altro più
misero, di “pianeta nano”.
Naturalmente, Plutone è rimasto
sempre uguale: quello che è cambiato sono le nostre classificazioni.
Nel 2005 un gruppo di astronomi,
osservando le immagini di Eris, ha
scoperto che era simile a Plutone
ma più grande: se Plutone era un
pianeta a tutti gli effetti, a maggior
ragione doveva esserlo Eris. Il numero dei pianeti del Sistema Solare
sarebbe salito così a 10. Ben presto
però gli astronomi si sono accorti
che anche altri candidati avevano
dimensioni e caratteristiche paragonabili a quelle di Plutone ed Eris.
Per evitare di dover cambiare in
continuazione la lista dei pianeti, nel
2006 è stato deciso di fare un passo
indietro. Nel corso di un’assemblea
dell’Unione Astronomica Internazionale, è stata definita una nuova
categoria di corpi celesti, i pianeti
nani, con le seguenti caratteristiche:
si tratta di corpi celesti in orbita
intorno a una stella, come il nostro
Sole, con una forma sferoidale, ma
che, a differenza dei pianeti veri e
propri, non sono stati in grado di
B
B2Ex_060-061(FOC).indd 61
29-01-2009 15:49:22
unità
lezione
B
31
La Luna,
il satellite
della Terra
62
OBIETTIVI
Ω descrivere
le principali
caratteristiche
della Luna
Ω conoscere
i moti della Luna
e spiegare
l’alternarsi
delle fasi lunari
Ω descrivere
le eclissi
2 figura 2
Le fasi lunari.
Nei riquadri,
la faccia della Luna
osservabile
da Terra.
1
L’unico corpo celeste sul quale abbiamo
messo piede
Anche se si tratta di un astro di modeste dimensioni (il
raggio della Luna è circa un quarto di quello della Terra e la sua massa è 81 volte inferiore a quella del nostro
pianeta), la Luna è il corpo celeste che più di ogni altro
influenza il sistema Terra.
Le fasi della Luna scandiscono la nostra vita: con la
sua attrazione, essa provoca le maree che determinano
la velocità di rotazione della Terra (vedi anche Lezione
D5) e la sua presenza mitiga e modula le influenze planetarie che determinano il clima terrestre (vedi anche
Lezione C4). I calendari ideati dagli antichi astronomi, a
partire dai Sumeri, che hanno poi influenzato i calendari ebraici e arabi, sono stati costruiti in base alle fasi
della Luna, e la stessa divisione in mesi e settimane è
stata suggerita dalla durata delle fasi lunari.
Il primo sbarco di esseri umani sulla Luna è avvenuto il 20 luglio 1969: la navicella spaziale Apollo 11
si mise in orbita attorno a essa e permise a un modulo
di atterraggio di scendere sulla sua superficie. Durante
quella “passeggiata lunare”, e le cinque che seguirono, gli astronauti raccolsero una notevole quantità di
1 figura 1
L’uomo sulla Luna: un’immagine dell’esplorazione diretta
del nostro satellite.
campioni di polveri e rocce che vennero analizzati in
laboratori di tutto il mondo e fornirono importanti
informazioni sulla composizione del nostro satellite e
sulla sua storia (figura 1).
2
Le fasi lunari
La Luna è l’unico oggetto celeste abbastanza luminoso da essere visibile anche di giorno, ma la luce
che noi vediamo non viene “emessa” dalla Luna, è
solo luce solare riflessa. Dalla Terra, infatti, l’aspetto
della Luna cambia al variare della reciproca posizione
fra Sole, Luna e Terra, dando origine alle ˘fasi lunari, ciascuna delle quali ha una durata di circa una
settimana (figura 2).
” Quando la Luna si trova fra il Sole e la Terra, astronomicamente si dice che è in congiunzione; la superficie
illuminata della Luna non è visibile da Terra perché è
rivolta verso il Sole: siamo nella fase di luna nuova o
novilunio.
” Comincia a essere visibile una sottile falce, a partire
RAGGI
SOLARI
PRIMOQUARTO
LUNACRESCENTE
MEZZANOTTE
MEZZOGIORNO
” Il disco lunare interamente illuminato comincia a
LUNANUOVA
LUNAPIENA
ALBA
LUNACALANTE
FALCE
ULTIMOQUARTO
” La parte illuminata continua a crescere fino a quan-
do tutto il disco lunare risulta illuminato: siamo nella
fase di luna piena o plenilunio. Astronomicamente
si dice che la Luna si trova in opposizione perché si
viene a trovare dalla parte opposta del Sole rispetto
alla Terra, quindi ne possiamo osservare la superficie
illuminata.
FALCE
TRAMONTO
dal bordo occidentale (un vecchio detto popolare recita: “gobba a ponente, luna crescente”), che cresce per
giungere, dopo circa una settimana, alla fase chiamata
primo quarto.
ridursi, partendo sempre dal lato occidentale; passando attraverso la fase detta ultimo quarto, la porzione
visibile del nostro satellite diminuisce sempre più finché “scompare” dal cielo e ha inizio una nuova fase di
novilunio.
L’intero processo delle fasi lunari dura 29 giorni, 12
ore, 44 minuti e 3 secondi ovvero un ˘mese sinodico: molti calendari antichi si basano proprio su questo
periodo di tempo.
ExpA-E.indb 62
27-01-2009 12:35:25
3
Un problema di meccanica celeste
Le caratteristiche della Luna
La Luna non possiede un’atmosfera, e l’assenza di
un involucro gassoso fa sì che gli sbalzi di temperatura fra il dì e la notte, e persino fra le zone illuminate
e quelle in ombra, siano molto forti: sulla superficie
lunare la temperatura passa da 110 °C nelle zone illuminate a –150 °C nelle zone al buio.
A causa degli sbalzi di temperatura e dell’assenza di
pressione (sempre dovuta all’assenza di atmosfera), sulla
Luna non può esserci acqua, anche se recenti osservazioni condotte con un rivelatore a neutroni dalla sonda
Clementine, in orbita intorno al nostro satellite, hanno
fatto avanzare l’ipotesi che in alcuni crateri posti vicini
ai poli lunari, dove la luce del Sole non arriva mai, possa
essere presente acqua sotto forma di ghiaccio.
L’assenza di un’atmosfera, che avrebbe protetto la
superficie lunare dall’impatto con frammenti rocciosi (meteoriti) provenienti dallo spazio, ha determinato
anche la particolare morfologia del nostro satellite, caratterizzata dalla presenza di zone montuose di colore
chiaro, dette terre, segnate da una grande quantità di
˘crateri meteorici, e da ampie zone pianeggianti, i
mari, aree molto più recenti coperte da rocce scure di
probabile origine lavica (figura 3).
L’analisi delle rocce prelevate dal suolo lunare ha dimostrato che la composizione della Luna non è molto
differente da quella della Terra: si tratta di rocce vulcaniche, simili a quelle formate dal raffreddamento di
lave e magmi terrestri, che provano come sulla Luna vi
sia stata in passato un’intensa attività vulcanica.
Come mai esistono due diversi “mesi lunari”? Per spiegare
la ragione per cui il mese sidereo e il mese sinodico
hanno durata diversa, occorre considerare la Luna
non come singolo corpo celeste, ma come parte
del sistema Terra-Luna. In pratica, il moto della Luna può
essere studiato in relazione al Sole, intorno al quale orbita
il sistema Terra-Luna, oppure rispetto a un sistema
di riferimento “fisso”, come può essere una stella molto
lontana.
Dopo aver letto attentamente la Lezione, osserva la figura
e rispondi alle seguenti domande.
orbita lunare
1 aprile
mare
Sole
A
stella
rile o
ap
c
30 nodi
i
s
se
me
orbita
terrestre
B
28 aprile
A’
A
mese sidereo
stella
˘ Il mese sidereo:
a corrisponde al tempo impiegato dalla Luna
per percorrere la sua orbita intorno alla Terra
b viene misurato rispetto a una stella
c dura circa 28 giorni
d nessuno dei completamenti precedenti è corretto
3 figura 3
cratere
63
La superficie
lunare appare
caratterizzata
da zone
pianeggianti,
zone montuose
e crateri.
˘ Il mese sinodico:
a è uguale al mese sidereo
b corrisponde all’intero processo delle fasi lunari
c corrisponde a 1 mese come lo intendiamo sul nostro
calendario
d nessuno dei completamenti precedenti è corretto
terra
Vero o falso?
˘ I tre movimenti della Luna, rotazione,
rivoluzione e traslazione, avvengono
contemporaneamente.
v f
nel suo movimento di rivoluzione intorno
al Sole.
v f
B
˘ Che cosa fa la Terra nel corso di un mese
sinodico?
˘ Che cosa rappresenta il tratto A’B dell’orbita lunare?
˘ Quanti giorni occorrono alla Luna per riallinearsi
al Sole?
9788863640083_062-065.indd 63
˘ Durante il mese sidereo, la Luna segue la Terra
B
24-03-2009 16:52:15
B3
la luna, il satellite della terra
PIANO
DELL°ORBITA
TERRESTRE
3OLE
ORBITA
LUNARE
LINEADEINODI
64
PIANO
DELL°ORBITA
LUNARE
ORBITA
TERRESTRE
°
| Le eclissi
La reciproca posizione di Luna e Terra determina anche le ˘eclissi, fenomeni durante i quali la Terra e la
Luna si trovano allineate con il Sole, con la conseguenza che il cono d’ombra di uno dei due corpi “cade”
sull’altro.
Le orbite di Luna e Terra non sono poste sullo stesso piano, ma formano un angolo di circa 5°; l’orbita lunare interseca il piano dell’orbita terrestre in due punti
chiamati nodi (figura 4). Perché abbia luogo un’eclissi
di Sole o di Luna occorre che quest’ultima, in fase di
luna nuova o piena, si venga a trovare in uno dei due
nodi o in prossimità di uno di essi.
” Le eclissi di Sole si verificano quando la Luna
1 figura 4
La linea dei
nodi. Le eclissi
si verificano
quando la Luna
si trova in uno
dei due nodi.
2 figura 5
L’eclissi di
Sole si verifica
se la Luna si
trova fra Terra
e Sole e i tre
corpi celesti
sono allineati
lungo la linea
dei nodi.
4
I moti della Luna
La Luna compie tre movimenti principali nello
spazio: il movimento di rotazione intorno al proprio
asse, il movimento di rivoluzione intorno alla Terra, il movimento di traslazione intorno al Sole che
compie insieme alla Terra.
Il movimento lunare di rotazione attorno al proprio asse avviene in un periodo di 27 giorni, 7 ore e
43 minuti. Nello stesso intervallo di tempo, chiamato
˘mese sidereo, la Luna compie un’intera rivoluzione
intorno alla Terra percorrendo un’orbita ellittica di cui
il nostro pianeta occupa uno dei due fuochi: il perigeo è il punto dell’orbita in cui la Luna si trova più
vicina alla Terra (356 000 km), l’apogeo è il punto in
cui la Luna raggiunge la massima distanza dal nostro
pianeta (407 000 km). Ovviamente, questa variazione
porta anche a una differenza nella grandezza del disco
lunare visto dalla Terra. L’uguale durata del periodo di
rotazione e di quello di rivoluzione è la ragione per
cui dalla Terra si osserva sempre la stessa faccia della
Luna.
ECLISSIDI3OLE
è in fase di novilunio e il suo cono d’ombra copre
una parte della superficie terrestre (figura 5). L’ombra
proiettata dalla Luna sulla Terra copre un’area piuttosto piccola della superficie terrestre: per questa ragione
le zone dalle quali si può osservare un’eclissi di Sole
sono limitate. Le eclissi di Sole possono essere: parziali,
quando la Luna non copre per intero il disco solare,
anulari, quando la Luna è alla massima distanza dalla
Terra e il suo diametro copre il disco solare solo nella
parte centrale, lasciando un anello di luce all’esterno;
totali (figura 6).
” Le eclissi di Luna si verificano quando la Terra si
interpone fra il Sole e la Luna in fase di plenilunio
(figura 7). Anche in questo caso le eclissi possono essere totali o parziali, quando il cono d’ombra copre per
intero o in parte il nostro satellite. Nelle eclissi totali
di Luna, il disco lunare non scompare del tutto, perché
risulta illuminato dalla luce diffusa dall’atmosfera terrestre, assumendo una caratteristica colorazione rossastra:
la cosiddetta “luna rossa” (figura 8).
2 figura 6
Il Sole nero: eclissi totale di Sole.
ORBITALUNARE
3OLE
,UNA
ECLISSIANULAREDI3OLE
4ERRA
ORBITALUNARE
3OLE
,UNA
4ERRA
ExpA-E.indb 64
27-01-2009 12:35:34
˘ Cratere Struttura della superficie lunare, e di altri corpi
celesti, prodotta dalla caduta di meteoriti. Sulla Luna,
modellano la crosta primitiva costituita dalle terre.
˘ Eclissi Oscuramento totale o parziale della Luna o del Sole
3OLE
,UNA
4ERRA
visti da Terra. Le eclissi di Sole si possono verificare
nella fase di novilunio se la Luna si pone fra Terra e Sole;
le eclissi di Luna nella fase di plenilunio se la Terra si pone
fra Sole e Luna.
˘ Fase lunare Aspetto diverso che la Luna, vista da Terra,
ORBITALUNARE
assume in base a quanto è illuminata dal Sole. È in relazione
alla posizione reciproca occupata da Sole, Luna e Terra.
Le principali fasi lunari sono novilunio, primo quarto,
plenilunio e ultimo quarto.
65
˘ Mese sidereo Periodo di rivoluzione della Luna intorno alla
5
Le origini della Luna
La teoria attualmente più accreditata sull’origine
della Luna è quella secondo cui essa si sarebbe formata
a seguito della caduta sulla Terra di un corpo celeste
delle dimensioni di Marte, avvenuta quando la Terra
era ancora calda, nella prima fase della sua formazione
(a tale ipotetico corpo è stato dato il nome di Theia).
Il materiale, fuoriuscito dalla Terra a causa dell’impatto, costituì dapprima un anello attorno alla Terra e poi
diede origine alla Luna.
Questa teoria, detta dell’impatto gigante, trova
conferma nel fatto che la composizione della Luna è
pressoché identica a quella del mantello terrestre privato degli elementi più leggeri, evaporati per la mancanza
di una forza gravitazionale che li trattenesse. L’ipotesi
giustificherebbe anche l’abbondanza di acqua sul nostro pianeta, anomala per la distanza dal Sole alla quale è
avvenuta la sua formazione, che sarebbe stata apportata
dal corpo impattante. Inoltre, l’inclinazione dell’orbita
della Luna rende piuttosto improbabili le teorie secondo cui questo corpo celeste si sarebbe formato insieme
alla Terra o sarebbe stato catturato in seguito.
Terra (27 giorni, 7 ore e 43 minuti). Coincide con il periodo di
rotazione intorno al proprio asse.
1 figura 7
L’eclissi di Luna
si verifica se
la Terra si trova
fra Sole e Luna
nella fase
di plenilunio.
˘ Mese sinodico Durata dell’intero processo delle fasi lunari
(29 giorni, 12 ore, 44 minuti e 3 secondi).
Prepara il test
1. Il raggio della Terra è:
a
b
c
d
4 volte quello della Luna
tutti i completamenti precedenti sono sbagliati
2. I crateri presenti sulla superficie lunare:
a si sono formati per l’impatto dei meteoriti
con la superficie
b possono essere di origine vulcanica
c sono localizzati intorno ai poli lunari
d sia a sia b sono corretti
2 figura 8
La “luna rossa”.
3. La successione delle fasi lunari prende il nome di mese
......................... .
4. La Luna è modellata dall’impatto di ......................... .
5. Le aree chiare e ricche di crateri della superficie lunare
sono chiamate ......................... .
6. Il periodo di rotazione della Luna attorno al proprio asse
coincide con quello di ......................... .
Vero o falso?
sulla Luna è molto grande.
v f
8. Quando la Luna si trova fra il Sole e la Terra,
si dice che si trova in opposizione.
v f
9. Dalla Terra è possibile osservare tutta
la superficie della Luna.
v f
7. La differenza di temperatura fra il dì e la notte
B
ExpA-E.indb 65
27-01-2009 12:35:43
unità
lezione
B
1
4
I moti
della Terra
66
OBIETTIVI
Ω saper descrivere
il moto di
rotazione della
Terra e le sue
conseguenze
Ω conoscere i fusi
orari e il calcolo
del tempo
Ω saper descrivere
il moto di
rivoluzione della
Terra e le sue
conseguenze
Ω conoscere i moti
millenari
1
Il moto di rotazione terrestre
Spesso usiamo frasi come “Il Sole si alza”, “il Sole
tramonta”: parliamo cioè del Sole come se si muovesse
in cielo. In realtà, è la rotazione della Terra attorno al
proprio asse che produce questo movimento apparente del Sole. A causa del moto di rotazione del nostro
pianeta, abbiamo la sensazione che il Sole di giorno
percorra un arco nel cielo da est verso ovest:
” all’alba sorge a oriente;
” a mezzogiorno raggiunge il punto più alto di que-
sto arco;
” al tramonto scompare alla nostra vista a occidente.
Invece, è la Terra a ruotare da ovest verso est, in un intervallo di tempo chiamato ˘giorno. Se ci riferiamo
a un sistema di riferimento come le stelle, che possiamo considerare “fisse” rispetto ai moti della Terra, il
movimento di rotazione si compie in senso antiorario
in un intervallo di 23 ore, 56 minuti e 4 secondi, detto giorno sidereo. Se prendiamo come riferimento il
Sole, invece, esso ritorna nello stesso punto del cielo
dopo un periodo di circa 24 ore, il giorno solare. Durante l’anno, in realtà, la durata del giorno solare varia
leggermente, ma per facilitare il conteggio del tempo
4 figura 1
Il circolo di
illuminazione
è la zona di
passaggio fra
il buio
e la luce.
si è stabilito che sia sempre di 24 ore, il giorno solare
medio. La differenza fra giorno sidereo e giorno solare
è dovuta al fatto che la Terra, oltre a ruotare su se stessa,
percorre un’orbita intorno al Sole, che quindi non è un
riferimento fisso.
| L’alternarsi del dì e della notte
Nel corso di una rotazione, la Terra espone ai raggi
solari una sola metà, che cambia via via che il pianeta
ruota, mentre l’altra metà resta al buio. Per questa ragione, in ogni località della Terra, in un giorno si succedono un periodo di illuminazione, chiamato dì, e
uno di oscurità, la notte.
La zona illuminata (dì) e quella in ombra (notte)
sono separate da una circonferenza chiamata ˘circolo di illuminazione, che tuttavia non è una linea
netta di confine: la presenza dell’atmosfera fa sì che il
passaggio dalla luce al buio, e viceversa, sia sfumato.
Durante queste transizioni, che corrispondono, rispettivamente, la mattina all’alba e la sera al crepuscolo,
il cielo risulta illuminato anche se il Sole si trova sotto
l’orizzonte (figura 1).
| I fusi orari
Le ore del giorno sono scandite dal movimento apparente del Sole: per questa ragione, quando in una
località è mezzogiorno, nei luoghi posti a oriente di
quella località il mezzogiorno è già passato, mentre in
quelli posti a occidente deve ancora arrivare.
Gli orologi dovrebbero pertanto segnare l’ora in
base alla longitudine di ogni località, costringendo
chi viaggia verso est o verso ovest a spostare di continuo le lancette dell’orologio. Per ovviare a questi
problemi, è stata adottata una convenzione internazionale che divide la superficie terrestre in 24 ˘fusi
orari, tanti quante sono le ore di un giorno. Poiché,
in un giorno, la Terra ruota di 360°, essa compie 15°
in un’ora (360° : 24 = 15°). Ciascun fuso orario è così
delimitato da due meridiani distanti fra loro 15° di
longitudine.
Tutte le località che si trovano in un fuso hanno
la stessa ora, chiamata tempo civile, che corrisponde all’ora del meridiano centrale del fuso. Una volta
che l’ora viene stabilita da una convenzione, la si può
adattare anche ai confini degli stati, per evitare che
l’ora cambi all’interno di uno stato. La numerazione
dei fusi parte dal fuso 0, che ha come meridiano
ExpA-E.indb 66
27-01-2009 12:35:50
Che ora è a Tokyo?
centrale quello di Greenwich. Procedendo verso est,
si deve aggiungere un’ora per ogni fuso, mentre se ci
si sposta verso ovest occorre toglierne una per ogni
fuso.
Il meridiano posto a 180° di longitudine, ovvero
l’antimeridiano di Greenwich, rappresenta la linea
di cambiamento di data: quando la si oltrepassa,
se viaggiamo da est verso ovest, dobbiamo aggiungere un giorno al calendario, mentre, se viaggiamo da
ovest verso est, la data rimane la stessa.
Il moto di rivoluzione
terrestre
A causa della differenza di durata del giorno sidereo
e del giorno solare, il Sole ogni 24 ore si sposta apparentemente fra le stelle descrivendo una traiettoria
chiamata eclittica. Questo fenomeno, che nel corso
dell’anno porta il Sole a sovrapporsi alle dodici costellazioni dello zodiaco, è il riflesso, visto dalla Terra,
del moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole
(figura 2).
Come gli altri pianeti, anche la Terra compie
un’orbita ellittica nella quale il Sole occupa uno dei
due fuochi (vedi Lezione B1). Il tempo impiegato dal
nostro pianeta per percorrere l’intera orbita è di circa 365 giorni, cioè un ˘anno. Il punto dell’orbita
in cui la Terra si trova più vicino al Sole (il perielio,
147,1 milioni di kilometri) corrisponde al 3 gennaio,
mentre il punto in cui la Terra raggiunge la massima
distanza (l’afelio, 152,1 milioni di kilometri) è il 4 di
luglio. La distanza media fra Terra e Sole è di 149,6
milioni di kilometri.
L’alternarsi delle stagioni è un’esperienza che fa
parte della vita di tutti noi. Chi vive in un paese
come l’Italia, posto a metà strada fra il Polo Nord
e l’Equatore, è abituato a dividere l’anno in quattro
stagioni: la primavera con temperature miti, l’estate
calda, l’autunno fresco e l’inverno freddo. Nei paesi
tropicali, invece, l’anno è suddiviso in due stagioni,
entrambe molto calde, una con abbondanti precipitazioni e l’altra più secca. In prossimità dei Poli,
invece, si alternano sei mesi di buio e freddo intenso
seguiti da sei mesi di luce e temperature più miti.
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
direzione apparente del Sole
direzione reale della Terra
Greenwich
San Francisco
New York
Acquario
Capricorno
Tokyo
Calcutta
Equatore
Valparaiso
Rio de Janeiro
Città del Capo
Sydney
ora a ovest di Greenwich
ora a est di Greenwich
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
A
˘ Tokyo si trova:
a
b
c
d
2 figura 2
L’eclittica. Visto
da terra, il moto
di rivoluzione
della Terra
attorno al Sole
fa sì che esso
sembri spostarsi
fra le stelle
dello Zodiaco,
descrivendo
una traiettoria
chiamata eclittica.
nel fuso 10 a ovest del fuso 0
nel fuso 9 a est del fuso 0
8 ore avanti rispetto a Roma
a Tokyo passa la linea del cambiamento di data
˘ Quando a Roma sono le 8 del mattino, a New York sono:
a le 2 del pomeriggio
b mezzanotte
c le 2 di notte
d le 8 di sera
Vero o falso?
˘ L’Italia si trova nel primo fuso a est del fuso 0.
˘ Tutti i paesi europei appartengono
v f
sono le 11.
v f
˘ Lisbona ha la stessa ora di Roma.
Sagittario
Scorpione
B
˘ Se prendi un volo aereo che va dagli Stati Uniti
orbita
terrestre
Ariete
Sole
1 gennaio
Toro
Gemelli
9788863640083_066-069.indd 67
Bilancia
Cancro
a Sydney sorvolando l’Oceano Pacifico, in che
direzione viaggi?
˘ In questo stesso volo, oltrepasserai la linea
del cambiamento di data?
1 marzo
Vergine
Leone
v f
al medesimo fuso orario.
˘ Quando è mezzogiorno in Italia, a Londra
eclittica
Pesci
Roma
˘ Con riferimento alle domande precedenti,
come devi modificare il datario del tuo orologio?
v f
| Perché esistono le stagioni
67
Linea del cambiamento di data
2
Radio, televisione, Internet hanno portato il mondo in
casa nostra: leggendo notizie in tempo reale sul web o
ascoltando il primo notiziario del mattino, ti può capitare
di ascoltare frasi del tipo: “Il Gran Premio di Formula 1
disputato in Giappone è stato vinto dalla Ferrari”, oppure:
“Si attendono per il pomeriggio le quotazioni dei titoli,
all’apertura della Wall Street”. Che cosa stanno facendo
gli abitanti di Tokio mentre stai facendo colazione? Se di
mattina telefoni in un ufficio a Manhattan, ti risponderà
qualcuno? Che giorno della settimana è per gli abitanti
di Sydney, se per te è martedì? Leggi attentamente
la Lezione, poi rispondi alle seguenti domande utilizzando
la carta dei fusi orari.
B
24-03-2009 16:58:55
B4
i moti della terra
Nonostante queste differenze, l’alternarsi delle stagioni è il risultato della combinazione di due soli
fattori: l’inclinazione dell’asse terrestre e il movimento di rivoluzione.
L’asse di rotazione della Terra è inclinato di un
angolo di 23° e 27’ rispetto alla perpendicolare al
piano dell’orbita terrestre. Tale inclinazione produce
conseguenze importanti: se l’asse fosse perpendicolare al piano dell’orbita, i due emisferi riceverebbero
sempre la stessa quantità di energia radiante dal Sole;
la sua inclinazione determina invece un cambiamento
nell’insolazione, e quindi del riscaldamento, delle aree
geografiche del pianeta nei vari periodi dell’anno:
68
” quando i raggi solari sono meno inclinati rispetto
alla perpendicolare alla superficie, come accade d’estate, la temperatura sale;
” quando il Sole è più basso sull’orizzonte, e i raggi
arrivano più obliqui, come accade d’inverno, la temperatura diminuisce.
2 figura 3
Equinozi e solstizi.
A causa dell’inclinazione dell’asse terrestre, i raggi solari giungono perpendicolari alla circonferenza massima dell’Equatore solo due volte l’anno, nei giorni
dell’equinozio di primavera (21 marzo) e dell’equinozio d’autunno (23 settembre) (figura 3). Durante
gli ˘equinozi la durata del dì è uguale a quella della
notte e il circolo di illuminazione taglia a metà tutti i
paralleli.
0OLO.ORD
%QUATORE
#IRCOLO0OLARE
!RTICO
4ROPICODEL#ANCRO
RAGGISOLARI
#IRCOLO0OLARE
!RTICO
4ROPICODEL#ANCRO
RAGGISOLARI
0OLO.ORD
4ROPICODEL#APRICORNO
#IRCOLO0OLARE
!NTARTICO
%QUATORE
4ROPICODEL#APRICORNO
#IRCOLO0OLARE
!NTARTICO
0OLO3UD
0OLO3UD
%QUINOZIODIPRIMAVERA
equinozio
di primavera
(21 marzo)
equinozio
d’autunno
%QUINOZIOD°AUTUNNO
(23 settembre)
0OLO.ORD
0OLO.ORD
#IRC
#IRC
OLO
0
!RTI OLARE
PICO
C
DEL O
#A
NCR
%QU
O
ATO
RE
OLO
0
!RTI OLARE
PICO CO
DEL
#A
NCR
%QU
O
ATO
RE
4RO
PICO
#IRC DEL#A
PRI
OLO
!NT 0OLA CORNO
R
ARTI
CO E
0OLO3UD
solstizio d’estate
3OLSTIZIOD°ESTATE
(21 giugno)
RAGGISOLARI
4RO
RAGGISOLARI
4RO
4RO
PICO
#IRC DEL#A
PRIC
OLO
!NT 0OLAR ORNO
ARTI
E
CO
0OLO3UD
solstizio
d’inverno
3OLSTIZIOD°INVERNO
(22 dicembre)
Dopo l’equinozio di primavera, il Sole “si sposta” a
nord dell’Equatore fino a quando i raggi solari diventano perpendicolari al parallelo chiamato Tropico del
Cancro (latitudine 23° 27’ N), nel giorno del ˘solstizio d’estate (21 giugno). Da questo momento, il Sole
“torna indietro” fino a oltrepassare l’Equatore e arriva
a essere perpendicolare al parallelo chiamato Tropico
del Capricorno (latitudine 23° 27’ S) il giorno del
˘solstizio d’inverno (22 dicembre).
È per questo motivo che le stagioni risultano invertite nei due emisferi (figura 4):
” quando nell’emisfero boreale è inverno, nelle regio-
ni australi è estate poiché i raggi solari arrivano meno
inclinati;
” quando nelle nostre regioni è estate, in quelle del-
l’emisfero meridionale è inverno perché l’elevata inclinazione dei raggi solari fa diminuire le temperature.
Occorre notare che, anche se il giorno del solstizio
d’estate è quello in cui le regioni dell’emisfero boreale
ricevono la maggiore quantità di energia, il culmine
dell’estate si avrà circa un mese dopo; questo fenomeno
è dovuto all’elevata capacità termica delle acque degli oceani, che continuano a riscaldarsi anche oltre il
giorno del solstizio d’estate. Il medesimo fenomeno si
verifica d’inverno, il cui culmine cade normalmente
attorno alla fine di gennaio, un mese dopo il solstizio
d’inverno.
3
I moti millenari della Terra
Quelli che abbiamo descritto finora sono i moti
principali della Terra. Oltre a questi, tuttavia, il nostro
pianeta compie altri movimenti secondari, o moti
millenari, i quali avvengono in tempi così lunghi che,
pur provocando conseguenze importanti, non sono osservabili nel corso di una vita umana.
| Il moto di precessione degli equinozi
L’attrazione combinata del Sole e della Luna sul
rigonfiamento equatoriale della Terra determina una
variazione dell’asse terrestre nel tempo: esso compie
un movimento doppio-conico detto ˘moto di precessione luni-solare, o anche moto di precessione
degli equinozi, in quanto la variazione della direzione dell’asse, e quindi del piano equatoriale, fa variare
i punti d’incontro fra piano dell’Equatore e l’eclittica,
facendo lentamente spostare la posizione degli equinozi. Questo moto avviene in senso contrario a quello di rotazione, con un periodo di circa 26 000 anni
(figura 5).
A seconda di quale punto di riferimento usiamo,
una conseguenza del moto di precessione è anche la
diversa durata dell’anno. Possiamo definire l’anno solare, o anno tropico, come il tempo che intercorre
fra due equinozi dello stesso nome, che è pari a 365
giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi. Questo periodo è leggermente inferiore al tempo occorrente alla
Terra per compiere un giro completo attorno al Sole,
l’anno sidereo, che dura 365 giorni, 6 ore, 9 minuti e 10
ExpA-E.indb 68
27-01-2009 12:35:57
˘ Anno Intervallo di tempo impiegato dalla Terra per compiere
il movimento di rivoluzione attorno al Sole.
MARZO
EQUINOZIO
DIPRIMAVERA
GIUGNO
SOLSTIZIO
D°ESTATE
AVERA
PRIM
INV
ERN
Terra illuminate dal Sole (dì) da quelle in ombra (notte).
˘Equinozi Giorni di inizio della primavera (21 marzo)
O
PERIELIO
GENNAIO
AFELIO
LUGLIO
ES
˘Circolo di illuminazione Anello che separa le zone della
TAT
E
NO
AUTUN
SETTEMBRE
EQUINOZIO
D°AUTUNNO
DICEMBRE
SOLSTIZIO
D°INVERNO
e dell’autunno (23 settembre). In queste date la notte
e il dì hanno la stessa durata perché i raggi solari,
perpendicolari all’Equatore, illuminano egualmente
i due emisferi.
69
˘Fuso orario Spicchio della superficie terrestre di ampiezza
pari a 15° di longitudine, delimitato da due meridiani.
Le località all’interno del medesimo fuso orario adottano
l’ora del meridiano posto al centro del fuso (tempo civile).
˘Giorno Periodo di tempo, diviso in notte e dì, che la Terra
impiega per compiere una rotazione completa attorno
al proprio asse.
˘Moto di precessione luni-solare Movimento millenario
secondi. Tale fenomeno è dovuto al fatto che i punti
equinoziali, proprio per la precessione, “vanno incontro” alla Terra.
1 figura 4
Le stagioni
nell’emisfero
boreale.
|
Le nutazioni
Al moto di precessione si sovrappongono ulteriori
ondulazioni prodotte dalle nutazioni, oscillazioni dell’asse terrestre che hanno un periodo di circa 18 anni
e sono causate da variazioni dei piani orbitali di Terra,
Sole e Luna.
I cambiamenti delle reciproche posizioni dei corpi
celesti che formano il Sistema Solare producono altre
conseguenze sulla Terra, come per esempio il cambiamento della forma dell’orbita che, in periodi di
tempo molto lunghi, circa 100 000 anni, può diventare
più o meno schiacciata, ma anche la variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre, che in 41 000 anni passa
da circa 22° a 24° 36’.
La combinazione di questi lentissimi movimenti del
pianeta è la causa di importanti fenomeni climatici.
3TELLA
0OLARE
6EGA
PRECESSIONE
°
dell’asse terrestre che, sottoposto alla forza di attrazione
combinata di Sole e Luna, descrive un doppio cono.
˘ Solstizi Giorni di inizio dell’estate (21 giugno)
e dell’inverno (22 dicembre) nell’emisfero boreale.
Durante il solstizio d’estate il dì raggiunge la massima
durata rispetto alla notte; il contrario accade durante
il solstizio d’inverno.
Prepara il test
1. Dalla rotazione terrestre non dipende:
a
b
c
d
l’alternarsi del dì e della notte
la durata del giorno
lo spostamento del circolo di illuminazione
l’alternarsi delle stagioni
2. L’anno solare:
3 figura 5
La precessione
degli equinozi.
La variazione
di orientamento
dell’asse fa sì che
la Terra incontri
in cielo stelle
sempre diverse.
a è l’intervallo di tempo che intercorre fra un solstizio
e un equinozio
b è più breve dell’anno sidereo
c è più lungo dell’anno sidereo
d è di 365 giorni esatti
Completa le seguenti frasi con i termini appropriati.
3. Il punto dell’orbita della Terra alla massima distanza
dal Sole è detto ........................ .
4. Per determinare la durata del giorno solare si prende
come riferimento il ........................ .
detto ........................ .
Vero o falso?
0OLO.ORD
6. Il culmine dell’estate coincide con il solstizio
d’estate.
v f
7. L’inclinazione dell’asse terrestre varia
al variare delle stagioni.
v f
8. I moti millenari causano importanti
cambiamenti climatici.
v f
5. Primavera e autunno hanno inizio in un giorno
B
ExpA-E.indb 69
27-01-2009 12:36:05
unità
lezione
B
51
L’Universo oltre
il Sistema Solare
70
OBIETTIVI
Ω conoscere
le caratteristiche
fisiche
e chimiche
delle stelle
Ω saper descrivere
l’evoluzione
dei diversi tipi
di stelle
1
Le dimensioni dell’Universo
Quando studiamo l’Universo, le unità di misura
usate sulla Terra devono essere sostituite da altre che
meglio si adattano alle misure con cui abbiamo a che
fare. Per esempio, per misurare le distanze all’interno
del nostro Sistema Solare, il kilometro è un’unità di
misura inadeguata: si usa invece l’Unità Astronomica
(U.A.) cioè la distanza media Sole-Terra, pari a 149,6
milioni di km.
Ma, uscendo dal Sistema Solare, anche questa unità
di misura si rivela inadatta e gli astronomi sono stati
costretti a introdurne una nuova, il parsec (pc), che
corrisponde a circa 260 265 U.A.
Molto spesso, specialmente nella letteratura di divulgazione, si preferisce un’unità di misura che non ha
un senso fisico, l’anno luce, cioè il cammino che la
luce percorre in un anno viaggiando a una velocità di
circa 300 000 km/s, pari a 0,31 pc.
Per capire l’ordine di grandezza delle distanze nello spazio, basti pensare che la distanza fra la Terra e la
stella più vicina, Proxima Centauri, è di circa 4,3 anni
luce, mentre il diametro della Galassia equivale a circa
100 000 anni luce.
La Galassia, assieme a una quarantina di altre galassie, forma un raggruppamento denominato gruppo locale. Nell’Universo, esistono moltissimi gruppi
di questo tipo, ciascuno dei quali può essere formato
da centinaia o migliaia di galassie. Questo può dare
un’idea delle dimensioni dell’Universo!
tabella 1 Classif icazione di alcune stelle
Stella
Distanza
(anni luce)
Magnitudine
apparente
Magnitudine
assoluta
Sole
0,00016
Proxima
Centauri
4,27
11,45
15,45
Alpha
Centauri
4,37
–0,01
4,35
Stella di
Barnard
5,90
9,54
13,25
Sirio
–26,8
5
8,54
–1,45
1,42
Epsilon
Eridani
10,76
3,37
6,13
Arturo
35,86
–0,06
–0,2
Capella
45,64
0,08
–0,6
2
Le stelle
Le stelle osservabili senza ricorrere a cannocchiali e
telescopi sono circa 6000. Da terra, sembrano definire
in cielo dei raggruppamenti, chiamati costellazioni:
nell’immaginario degli uomini, in secoli passati, richiamavano alla mente figure umane e di animali oppure
oggetti che, trovandosi in cielo, considerato la dimora
degli dèi, furono associati a miti e divinità.
Le stelle osservate a occhio nudo non appaiono tutte uguali: alcune brillano intensamente anche nel cielo
illuminato delle grandi città, altre emettono una luce
così debole da poter essere osservate solo dai deserti
o dalle cime delle montagne. La luminosità (˘magnitudine, in astronomia) è una caratteristica utile per
classificare le stelle.
Fu Ipparco, nel 120 a.C., a suddividere le stelle in
base a questa caratteristica, definendo sei classi: nella
prima rientravano le più luminose, nella sesta quelle
appena visibili a occhio nudo. In seguito questa classificazione è stata estesa e raffinata: attualmente il telescopio spaziale arriva a vedere stelle di magnitudine 34,
mentre alle stelle più luminose corrispondono valori
negativi.
La magnitudine però non misura l’effettiva luminosità di una stella, in quanto dipende anche dalla distanza: il Sole, pur essendo una stella molto piccola, ci
appare luminosissimo a causa della sua vicinanza. Per
questo motivo essa viene definita magnitudine apparente. Per classificare le stelle è più opportuno usare
un parametro diverso che tiene conto della distanza,
la magnitudine assoluta, cioè la luminosità con cui
le stelle ci apparirebbero se fossero collocate tutte alla
stessa distanza, per convenzione, di 10 parsec. Mentre
la magnitudine apparente del Sole risulta di –26,8, a
10 parsec risulterebbe di magnitudine 5, cioè ci apparirebbe come una fioca stellina visibile con difficoltà a
occhio nudo (tabella 1).
| Il colore delle stelle
Nei secoli XVIII e XIX gli studi sulla composizione
della luce posero le basi per il passaggio dall’astronomia,
lo studio della posizione dei corpi celesti, all’astrofisica,
lo studio della composizione e della fisica delle stelle.
Le stelle, osservate a occhio nudo, ci sembrano quasi tutte bianche a causa di una limitazione del nostro
occhio: solo una trentina, infatti, è abbastanza brillante
da poterne intuire il colore. Se facciamo una fotografia
al cielo stellato, ci accorgiamo però che hanno colori
diversi: ci sono stelle blu, verdi, gialle e rosse.
La luce proveniente dalle stelle può essere analizzata con lo spettroscopio, uno strumento che separa le
diverse radiazioni che compongono la luce. Lo spettroscopio è costituito da una fenditura che isola una lama
di luce, la quale passa poi attraverso un prisma in cui
le radiazioni di varia lunghezza d’onda, che ai nostri
occhi danno la sensazione di colori diversi, vengono
separate producendo lo ˘spettro, cioè tante immagini
delle fenditura quanti sono i colori presenti nel raggio
luminoso (figura 1).
ExpA-E.indb 70
27-01-2009 12:37:06
Il diagramma H-R
SPETTRODIEMISSIONE
SPETTRODIASSORBIMENTO
Un corpo, che non sia un gas rarefatto, quando viene
riscaldato emette una radiazione in tutte le lunghezze
d’onda che, analizzata con lo spettroscopio, dà uno
spettro continuo, in cui sono presenti tutti i colori
con un’intensità diversa a seconda della temperatura
del corpo: il Sole è giallo perché la sua temperatura
superficiale è di circa 6000 K (nella scala Kelvin, lo
0° C corrisponde a 273,16 K). Ciò ha consentito di
stabilire la temperatura superficiale delle stelle:
” le stelle blu hanno temperature attorno a 10 000 K;
” le stelle verdi di circa 8000 K;
a
b
1 figura 1
Lo spettro
dell’idrogeno.
[a] Le righe
di emissione
tipiche di questo
elemento;
[b] lo spettro
di assorbimento
in presenza
di una radiazione
continua
(1 angstrom =
10–10 m).
"
!
&
'
#LASSESPETTRALE
+
-
SUPERGIGANTI
ROSSE
GIGANTI
ROSSE
3000-2500 K.
A
«
«
” le stelle rosse sono le più fredde, con temperature di
Attraverso l’analisi spettroscopica si possono identificare sette classi spettrali, indicate con le lettere O,
B, A, F, G, K, M in un ordine decrescente di temperatura, che va dalle stelle più calde a quelle più fredde.
Le stelle blu e molto calde appartengono alla classe O,
le stelle rosse, con temperature superficiali più basse,
sono di classe spettrale M.
Se invece si riscalda un gas rarefatto, la radiazione analizzata con lo spettroscopio assume un aspetto
completamente diverso: compaiono solo alcune righe,
ovvero uno spettro di righe di emissione (figura 1a).
Gas diversi danno origine a righe diverse, per cui è
possibile, analizzando lo spettro emesso da gas interstellari, condurne l’analisi chimica.
Infine, lo spettro di una radiazione emessa da un
corpo caldo che abbia attraversato una nube di gas
freddo è continuo, con numerose righe scure, poiché
il gas assorbe le righe che emetterebbe se fosse riscaldato: si chiama spettro di assorbimento (figura 1b).
In uno spettro di assorbimento, quindi, la sequenza
continua corrisponde all’energia emessa dalla stella,
mentre le righe corrispondono alle radiazioni assorbite dai gas che formano l’involucro esterno della
stella.
Tutte queste osservazioni hanno permesso di
stabilire che gran parte delle stelle è formata essenzialmente di idrogeno (in peso circa il 74%) ed elio
(attorno al 24%). L’abbondanza degli altri elementi
chimici decresce con la complessità dell’elemento, ma
il totale varia fra semplici tracce, per stelle molto vecchie, al 2% per stelle più giovani.
/
71
NANEBIANCHE
4EMPERATURASUPERFICIALE#
˘ Quali delle stelle poste nella sequenza principale
del diagramma hanno vita più breve?
a
b
c
d
le stelle di classe spettrale O
le stelle di classe spettrale M
le stelle con valori negativi di magnitudine assoluta
sia a sia c sono corrette
˘ Rispetto alle corrispondenti stelle poste sulla sequenza
principale, le supergiganti rosse:
a
b
c
d
B
hanno la stessa temperatura superficiale
sono meno luminose
sono di dimensioni analoghe
nessuno dei completamenti precedenti è corretto
˘ Quale dei due tipi di stelle dell’esercizio precedente
(supergiganti rosse e le altre della stessa classe
spettrale) ha la superficie radiante più estesa?
Sai spiegare perché?
˘ Quali stelle possono diventare giganti rosse?
˘ Confronta le nane bianche con le giganti rosse: quali
stelle hanno la temperatura superficiale più alta?
˘ In quale parte della sequenza principale si trovano
le stelle più vecchie?
-AGNITUDINEASSOLUTA
,UMINOSITg3OLE
ANGSTROM
Il diagramma H-R non è solo un grafico in cui le stelle sono
disposte in funzione del proprio tipo spettrale (e quindi
della temperatura) e della loro magnitudine assoluta (cioè
luminosità), ma rappresenta, per chi impara a leggerlo
e a interpretarlo, uno strumento per ricavare utili
informazioni sulle dimensioni, sul colore e persino
sullo stadio evolutivo delle stelle che, dopo la formazione,
raggiungono una fase, più o meno lunga, di stabilità
per poi evolversi fino all’estinzione, tranquilla o cruenta.
Dopo avere letto attentamente la Lezione, osserva il grafico
e rispondi alle seguenti domande.
B
ExpA-E.indb 71
27-01-2009 12:37:30
B5
l’universo oltre il sistema solare
3
Le stelle evolvono
All’inizio del XX secolo, il danese E. Hertzsprung
e l’americano H. Russel si chiesero se poteva esistere
una relazione fra la magnitudine assoluta di una stella
(determinata soprattutto dalle sue dimensioni) e la sua
classe spettrale (ovvero la temperatura). Riportando in
un grafico tutte le stelle di cui si conosceva la distanza,
i due ottennero un diagramma, in seguito chiamato
˘diagramma H-R, in cui appariva evidente un legame fra le due grandezze.
La maggior parte delle stelle, infatti, si colloca lungo
una linea diagonale, dall’alto a sinistra al basso a destra,
chiamata sequenza principale. Le stelle più luminose,
e quindi più grandi, dette giganti, sono anche quelle
con temperatura più elevata e quindi blu (in alto a sinistra), mentre quelle più fredde, le rosse, sono le meno
luminose, e quindi le più piccole, dette nane (in basso
a destra).
Solo un numero ristretto di stelle va a occupare altre
due zone del diagramma: in alto a destra, nella zona
delle stelle molto luminose a causa del grande diametro,
ma fredde, ci sono le giganti e le supergiganti rosse.
In basso a sinistra, invece, ci sono stelle molto calde, ma
di piccolo diametro, dette nane bianche.
Russel pensava che le stelle evolvessero lungo la sequenza principale, formandosi come giganti blu e finendo come nane rosse. Successive ricerche sui diagrammi di ammassi di stelle hanno permesso di chiarire
meglio il profondo significato che lega il diagramma
H-R all’evoluzione stellare.
72
| La vita di una stella
La nascita e l’evoluzione di una stella sono determinate da due forze contrastanti: la gravità, che tende a
farla collassare su se stessa, e la pressione prodotta dalle reazioni termonucleari, che si oppone alla gravità e
“spinge” la materia verso l’esterno.
Le stelle nascono dall’addensamento di nubi di polvere e gas, per effetto dell’attrazione gravitazionale.
Quando, nella parte centrale della nube, la temperatura
raggiunge il milione di gradi, si innescano le reazioni di
fusione dell’idrogeno. Si forma una protostella ancora
invisibile la cui radiazione rallenta la caduta di altro
materiale. Man mano che aumenta la produzione di
energia, la radiazione allontana il materiale che circonda la stella, ed essa appare visibile all’esterno (figura 2).
” La stella appena nata si colloca nella sequenza prin-
cipale in base alle dimensioni e vi resta fino a quando
ha combustibile a disposizione nel nucleo, dove la temperatura è di almeno un milione di gradi, necessari per
la fusione dell’idrogeno.
” La durata di questa fase dipende dalla massa iniziale
della stella: più la stella è massiccia, minore sarà il tempo necessario a bruciare l’idrogeno del nucleo. Le stelle
blu giganti dureranno solo poche centinaia di milioni
di anni, mentre le piccole nane rosse potranno restare
in sequenza anche cinquanta miliardi di anni: il Sole è
in sequenza principale da circa 5 miliardi di anni e ci
rimarrà per altrettanti.
” Quando l’idrogeno si esaurisce, la stella cessa di pro-
durre energia nel nucleo, ormai formato da solo elio.
Il materiale comincia a contrarsi causando un aumento
di temperatura all’interno della stella e inizia a bruciare
l’idrogeno, presente in un sottile strato sopra al nucleo.
” Si verifica allora uno scollamento fra il nucleo, che
continua a contrarsi, e gli strati esterni che, soffiati dall’energia prodotta dall’idrogeno che brucia, cominciano a espandersi. La stella aumenta il proprio volume
mentre la sua temperatura diminuisce: nel diagramma
H-R si sposta nel ramo delle giganti rosse.
” Se la massa iniziale della stella è superiore a 8 masse sola-
ri, l’elio raggiunge la temperatura di fusione trasformandosi in carbonio, che si trasforma in ossigeno e così via,
fino al formarsi di un nucleo di ferro. Nel contempo gli
strati più esterni continuano a espandersi nel ramo delle
supergiganti rosse. Poiché non esiste nessuna reazione
che, utilizzando il ferro, possa produrre energia in modo
da sostenere la massa della stella, essa crolla violentemente su se stessa dando origine a una terribile esplosione,
una supernova.
L’energia liberata dall’esplosione produce gli elementi
chimici più pesanti del ferro, per esempio argento e
oro, e li disperde nello spazio, dove andranno a costituire nuove stelle che saranno quindi più ricche di
2 figura 3
Resti di supernova. La Crab nebula è quello che resta di una
stella esplosa nella costellazione del Toro nel 1054: le cronache
cinesi riferiscono che, al massimo del suo fulgore, la stella
era visibile anche di giorno. Il materiale, arricchito di elementi
pesanti, è disponibile per formare nuove stelle.
4 figura 2
Nascita delle stelle.
Il quadrilatero
di Orione
è costituito
da quattro
luminosissime
stelle appena
emerse dalla
nebulosa in cui
si sono generate.
Sono forse le stelle
più giovani che
si conoscano.
ExpA-E.indb 72
27-01-2009 12:37:33
˘ Cosmologia Disciplina che studia l’evoluzione delle stelle
materiali pesanti. Nella composizione delle stelle, la percentuale
di materiali diversi dall’idrogeno
e dall’elio indica la loro età: più
essa è alta, più giovane sarà la
stella (figura 3).
Il nucleo della stella, schiacciato nell’esplosione, si contrae e
si addensa formando una stella
di neutroni (le particelle che si
possono addensare maggiormente
perché non hanno carica), oppure
un buco nero, ovvero un oggetto
la cui densità è talmente elevata da
non permettere la fuoriuscita neppure delle radiazioni luminose.
e cerca di determinare l’origine e l’evoluzione dell’Universo.
˘ Diagramma H-R Grafico che mette in relazione temperatura
e luminosità delle stelle. La maggior parte delle stelle si colloca
in una stretta fascia obliqua detta sequenza principale.
˘ Magnitudine Grandezza che misura la luminosità
delle stelle: si dice magnitudine apparente quando
si considera la luminosità come appare da Terra; magnitudine
assoluta se misura la luminosità che le stelle avrebbero
se poste alla stessa distanza dalla Terra.
˘ Spettro Immagine della composizione della luce ottenuta
con uno spettroscopio. Sulla base dello spettro emesso,
le stelle vengono suddivise in sette classi spettrali.
˘ Teoria del Big Bang Attualmente la più accreditata, afferma
che l’origine dell’Universo sarebbe dovuta a una grande
esplosione iniziale.
1 figura 4
il nucleo non arriva mai alla fase in cui l’elio può fondere, oppure lo fa per un breve tempo. L’involucro esterno
continua a espandersi, diventando sempre più rarefatto e
trasparente, e prende il nome di nebulosa planetaria; al
centro della nube del materiale stellare rarefatto è visibile il vecchio nucleo della stella, piccolo ma caldissimo,
una nana bianca che, non potendo produrre energia,
lentamente si raffredda fino a spegnersi del tutto. Le nebulose planetarie sono fra gli oggetti astronomici più
belli visibili attraverso i telescopi (figura 4).
Nebulosa
planetaria.
Quello che rimane
dell’evoluzione
di una stella
di massa pari
a quella solare
in una nebulosa
planetaria:
gli strati esterni
della stella si
sono dispersi
e permettono
di intravedere
il nucleo della
vecchia stella,
molto caldo ma
molto piccolo,
una nana bianca.
4
Lo studio dell’evoluzione delle stelle, o ˘cosmologia, ha permesso la formulazione di una teoria,
a tutt’oggi mai smentita, sull’origine e l’evoluzione
dell’Universo: si tratta della ˘teoria del Big Bang,
formulata dal fisico ucraino G. Gamow.
Sulla base delle misure di velocità di allontanamento delle galassie, Gamow formulò l’ipotesi che
l’Universo si sia originato circa 13,5-15 miliardi di
anni fa da un’immane esplosione di un punto che
conteneva tutta l’energia esistente. Dopo circa 1 minuto, la temperatura era scesa a un valore enorme
(1033 K) e si formarono le prime particelle materiali:
elettroni, neutroni e protoni (cioè nuclei di idrogeno);
da questo momento esse cominciarono a scontrarsi,
talvolta producendo elio.
Tale processo terminò circa 2 minuti dopo, quando la discesa ulteriore della temperatura non permise più la fusione dell’idrogeno: era nato un Universo
molto povero di elementi chimici. Tutto rimase immutato per oltre 400 000 anni, fino a quando la continua discesa della temperatura permise la cattura degli
elettroni da parte dei nuclei di idrogeno ed elio. Si
formò allora la materia come noi la conosciamo, che
si aggregò in galassie e stelle, queste ultime formate
solo da idrogeno ed elio. Furono queste stelle a riciclare il povero materiale iniziale e a far comparire gli
elementi pesanti, la cui percentuale è andata aumentando sempre più, via via che si succedevano nuove
generazioni di stelle.
Prepara il test
1. La nostra galassia ha un diametro di:
a
b
c
d
10 anni luce
100 anni luce
1000 anni luce
100 000 anni luce
2. Dopo l’esplosione, una supernova può trasformarsi in:
a
b
c
d
una nana bianca
un buco nero
una gigante rossa
sia a sia b sono corretti
3. Il Big Bang è:
a
b
c
d
l’esplosione di una supernova
una teoria sull’origine dell’Universo
il nome della prima fase evolutiva di una stella
4. La magnitudine assoluta di una stella è la luminosità
che essa avrebbe a una distanza di ......................... parsec.
5. La luce proveniente dalle stelle si analizza
con lo ......................... .
6. Lo spettro di ......................... dell’idrogeno rarefatto presenta
solo alcune righe colorate.
Vero o falso?
7. Nel diagramma H-R il Sole è collocato a metà
della sequenza principale.
v f
8. Se la massa iniziale di una stella è inferiore
a 8 masse solari, essa può esplodere
in una supernova.
v f
9. Nel diagramma H-R, la maggior parte
delle stelle si dispone lungo una linea
diagonale, detta sequenza principale.
v f
” Se la massa iniziale della stella è inferiore a 8 masse solari,
L’origine dell’Universo
73
B
ExpA-E.indb 73
27-01-2009 12:37:36
FOCUS EDU
Esploratori
o colonizzatori?
74
Un’immagine delle Columbia Hills, su Marte, raccolta nel 2004 dal rover Spirit.
L’esplorazione del Sistema Solare è appena agli inizi: i prossimi obiettivi della NASA sono
il ritorno degli astronauti sulla
Luna e addirittura lo sbarco su
Marte. Anche i paesi emegenti,
come India e Cina, non stanno a
guardare. Ma il futuro dei viaggi nel Sistema Solare riguarda
anche i privati: nel 2001 è iniziata
ufficialmente l’epoca del turismo
spaziale.
Nuove frontiere,
nuove collaborazioni
2037: potrebbe essere questa la data
dello sbarco del primo uomo su Marte.
Ad annunciare l’ambizioso traguardo è stato nel 2007 l’amministratore della NASA in persona, Michael
Griffin. L’impresa non è da poco:
se per arrivare sulla Luna l’Apollo
11 ha impiegato 3 giorni, il viaggio
fino al pianeta rosso durerà almeno 6 mesi. Nelle intenzioni degli
scienziati più ottimisti il passo successivo, ai limiti della fantascienza,
è quello di impiantarci una colonia
stabile.
Nel frattempo, la NASA si è posta anche obiettivi intermedi e più
facilmente raggiungibili: primo fra
tutti, riportare un uomo sulla Luna,
dopo l’ultimo sbarco che risale al
1972. La data prevista per questa
spedizione è il 2020, ma secondo
alcuni si può anticipare al 2015. La
Luna sarebbe una tappa intermedia
in tutti i sensi: un eventuale insediamento lunare potrebbe essere una
buona base di lancio per il viaggio
verso Marte. La realizzazione di
questi progetti è motivata ovviamente dall’ambizione della gloria,
ma anche dalla ricerca scienti-
fica e da forti interessi pratici ed
economici, a partire dai numerosi
materiali rari e preziosi presenti
sulla Luna. Non a caso, anche India
e Cina hanno avviato importanti programmi per l’esplorazione
spaziale proprio a cominciare dalla
Luna.
I problemi legati a queste missioni però non sono pochi, né solo
di ordine tecnico: per allestire una
base permanente e per mantenerla
servono fondi in quantità notevole anche rispetto agli standard
della NASA. Oltretutto, l’interesse
strategico del governo americano per l’ente spaziale è diminuito
dopo che la fine della guerra fredda
ha privato la corsa allo spazio del
ruolo e del fascino di “vetrina stellare” delle superpotenze. Allo stesso
tempo, però, si sono aggiunti nuovi
protagonisti: l’Europa, con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), il
B5Ex_074-075(FOC).indd 74
29-01-2009 15:50:24
Giappone e soprattutto la Cina, che
nel 2003 è diventata il terzo paese
a lanciare una missione spaziale con
un proprio vettore. A questi paesi,
nel 2008, si è aggiunta anche l’India.
Molti progetti si basano oggi
sulla collaborazione internazionale,
che permette non solo di dividere
le spese, ma anche di prendere il
meglio della tecnologia di ciascun
paese. Un esempio è l’unica base
spaziale al momento in funzione: si
chiama appunto International Space
Station (ISS, cioè Stazione Spaziale
Internazionale) e orbita attorno
alla Terra a circa 350 kilometri di
altitudine. Dopo gli Stati Uniti e la
Russia, l’Italia è il terzo paese con
la maggiore partecipazione all’ISS,
in particolare per la logistica e alcune delle strutture che compongono
la stazione. Iniziata nel 1998, l’ISS
è abitata stabilmente dal 2000 e ha
ospitato oltre cento astronauti di
diverse nazionalità.
Camera con vista stellare
Il 28 aprile del 2001 gli astronauti dell’ISS hanno ricevuto una
visita del tutto particolare: Dennis
Tito, un miliardario americano, si
è assicurato un posto nella storia
dell’astronautica come il primo
turista spaziale. Il suo caso dimostra
che l’esplorazione (o la colonizzazione) futura dello spazio non sarà
un affare riservato ai governi delle
principali potenze mondiali, ma
sarà aperta anche ai privati. Anche
per loro, come per gli enti spazia-
IN SINTESI
˘
I prossimi obiettivi della NASA sono
il ritorno dell’uomo sulla Luna
e lo sbarco su Marte.
˘
Il passo successivo potrebbe essere
una base permanente sulla Luna.
˘
Nell’esplorazione del Sistema Solare
sono entrati in gioco nuovi protagonisti come India e Cina.
˘
Un importante esempio di cooperazione internazionale è la Stazione
Spaziale Internazionale (ISS).
˘
Nel frattempo, nel 2001, è iniziata
anche l’era del turismo spaziale.
75
Mark Shuttleworth, il secondo turista spaziale.
˙ RICERCA E CONDIVIDI
Gli antichi poterono sviluppare conoscenze approfondite sul movimento
dei pianeti e delle stelle anche perché
il cielo, nelle notti limpide, era libero
da luci artificiali e in particolare da quelle elettriche. Oggi, in un grande città italiana, anche in assenza di nubi o foschia
sono poche le stelle visibili a occhio nudo
a causa dell’inquinamento luminoso. Per
vedere davvero il cielo stellato ci sono
due modi: uno è raggiungere, in una
notte serena, un luogo isolato come
il deserto, l’alta montagna
o il mare aperto, lontano dalle coste.
L’altro, più semplice anche se certamente
meno affascinante, è usare il computer.
Google Sky è un software gratuito
(compreso nel pacchetto Google Earth)
che mostra le costellazioni visibili
in ogni momento da ogni punto
della Terra.
Che cosa si vedrebbe da casa mia?
Scarica Google Sky con l’aiuto del tuo
insegnante e divertiti con la seguente
W
attività.
WW
˘ Seleziona dalla lista la località più vici-
na alla tua città e osserva il cielo come
appare sullo schermo.
˘ Clicca su una stella, una costellazione,
una galassia o un altro oggetto su cui
vuoi saperne di più.
˘ Seleziona ora un’altra città europea e
osserva le costellazioni. Quante sono
visibili anche dalla tua città?
˘ Fai ora la stessa cosa con una località
dell’emisfero australe. Quante delle
costellazioni che vedi ora sono visibili
anche dalla tua città?
Scopri poi con l’aiuto del tuo insegnante
le altre possibilità di Google Sky.
Per esempio cerca una stella o una
costellazione di cui conosci il nome,
digitandolo nel campo “Cerca
nel cielo”.
Divertiti poi a cambiare visuale trascinando il mouse.
ATTIVITÀ
li governativi, è soprattutto una
questione di soldi: secondo fonti
ufficiali Tito ha pagato 20 milioni
di dollari per un soggiorno di 8
giorni, per un totale di 128 orbite
intono alla Terra. Il suo esempio
è stato seguito in breve tempo da
altri facoltosi amanti dello spazio,
tanto che alcune ditte americane
stanno già progettando nuove basi
orbitanti pensate appositamente
per accogliere i turisti. Secondo gli
organizzatori, già nel 2015 i primi
clienti si potranno accomodare in
camere con vista sul firmamento
e sul pianeta Terra. Anche adesso,
comunque, chi si accontenta di un
viaggio spaziale “mordi e fuggi”
può concedersi un giretto in orbita
con soli (si fa per dire) 500 000
dollari, o un minuto in assenza di
gravità a 100 kilometri di altezza
per la metà del prezzo. La fantasia dei tour operator spaziali non ha
limiti: un’altra società americana
promette un viaggio ultraterreno in
tutti i sensi: il cliente può assicurarsi, per poche migliaia di dollari, che
dopo la sua morte le proprie ceneri
saranno spedite nello spazio all’interno di piccole urne, con tanto di
targa commemorativa. In pratica, si
può affermare che la colonizzazione
dello spazio, almeno nelle vicinanze
della Terra, si sta sviluppando con
alberghi e cimiteri. Per non parlare
dei frammenti dei numerosi satelliti
in disuso, che hanno inaspettatamente riproposto in orbita un altro
problema tipicamente terrestre: la
gestione dei rifiuti.
B
ExpA-E.indb 75
27-01-2009 12:38:01
VISUALIZZA & ESPLORA
Lontano
nello spazio
e nel tempo
76
Hai già incontrato nelle ultime lezioni un
affascinante ramo della scienza, la cosmologia, che studia l’origine e l’evoluzione
dell’intero Universo. Si tratta di un ambito
di ricerca piuttosto particolare, poiché l’oggetto di studio è uno solo, ed è difficilmente riproducibile! La ricerca perciò si basa
sull’elaborazione di teorie e modelli che
vengono continuamente messi alla prova
con l’osservazione. Quando si nomina, per
esempio, la celebre “esplosione” del Big
Bang, si fa riferimento a un importante
modello cosmologico, ovvero a una teoria
scientifica molto elaborata in grado di
spiegare buona parte dei dati raccolti negli
ultimi decenni osservando i corpi celesti.
Tutto cominciò negli anni venti del secolo
scorso, quando l’astronomo Edwin Hubble
scoprì che tutte le galassie si allontanano
da noi, e anche fra loro. Ciò si può spiegare
ipotizzando un Universo in espansione, simile a un palloncino che si gonfia
progressivamente o, per avvicinarci con la
fantasia ai modelli scientifici più recenti, a
un lenzuolo elastico che “si stira” sempre
più in tutte le direzioni.
Immaginiamo allora di tornare indietro nel
tempo e ripercorrere questa espansione
a ritroso. Secondo la teoria del Big Bang
possiamo risalire fino a oltre 13 miliardi di
anni fa, quando l’espansione ebbe inizio da
un “punto” in corrispondenza del quale le
stesse nozioni di spazio e di tempo non valgono più nella forma in cui le conosciamo.
Nei primi, critici, istanti, l’Universo avrebbe subito una rapida espansione, benché
ancora confinato in dimensioni estremamente ridotte. L’eco di questo evento esiste
ancora sotto forma di un segnale molto
debole che pervade lo spazio in tutte le
direzioni: la sua misura costituisce uno
degli argomenti più solidi a sostegno della
teoria del Big Bang.
Che cosa vedi?
L’immagine, catturata dal telescopio spaziale Hubble nel giugno del 2008, ritrae
parte dell’ammasso di galassie chiamato
Coma Cluster, uno dei raggruppamenti
di galassie più densi di tutto l’Universo
conosciuto. Le galassie si classificano,
prima di tutto, in base alla loro forma. La
maggior parte delle galassie che si trovano nella parte centrale dell’ammasso in
figura, per esempio, è di forma ellittica,
per lo più composta da popolazioni di
“vecchie” stelle. Più lontane dal centro
dell’ammasso si trovano invece diverse
galassie a spirale. Queste ultime contengono nebulose di gas all’interno delle
quali nascono nuove stelle.
ExpA-E.indb 76
27-01-2009 12:38:09
Fuori campo
Segnali dal passato
NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Una galassia a spirale ben visibile nel Coma Cluster.
Uno dei problemi principali dell’astronomia è, da
sempre, la misura della distanza degli oggetti celesti
molto lontani. In particolare, determinare la distanza delle
galassie e la velocità alla quale si allontanano non è affatto
semplice. Esiste una tipologia di stelle, le supernove di Tipo
Ia, per le quali si riesce a risalire facilmente alla distanza.
Esse vengono utilizzate perciò come candele standard, cioè
come punto di riferimento per determinare la distanza delle
galassie all’interno delle quali si trovano. Con l’aiuto di queste
supernove si è scoperto che le galassie sembrano addirittura
accelerare mentre si allontanano. Una delle possibili spiegazioni è che esista una forza repulsiva ancora misteriosa che
si oppone alla gravità.
77
ESA and Wolfram Freudling
Quando si parla di cosmologia, emergono numerosi concetti che sfuggono alla nostra
intuizione basata sull’esperienza quotidiana. Per esempio: gli oggetti celesti
più lontani da noi sono anche i più lontani nel
tempo. Questo dipende da un fattore importantissimo, la velocità della luce. La luce e, più
in generale, tutte le radiazioni che emettono i
corpi celesti arrivano a noi “viaggiando” nello
spazio interstellare a una velocità finita, quindi
impiegano un certo tempo che, per gli oggetti
più remoti, può essere molto, molto lungo.
La figura rappresenta in forma artistica un quasar, un oggetto celeste di straordinaria energia,
estremamente distante nello spazio; l’osservazione di questi oggetti ci restituisce informazioni su un’epoca molto vicina al Big Bang.
B
ExpA-E.indb 77
27-01-2009 12:38:57
unità
unità
O
I
D
U
T
S
O
L
L
G U I DA A Ripassa l’Unità
B
Prova a rispondere alle seguenti domande; ti aiuteranno a organizzare
le tue conoscenze sugli argomenti di questa Unità.
1
78
Il Sistema
Solare
Qual è la struttura generale
del Sistema Solare?
Al centro del Sistema Solare si trova il
Sole, stella di medie dimensioni costituita
in prevalenza di idrogeno che, attraverso
reazioni di fusione nucleare, si trasforma in
elio liberando energia.
Che tipo di corpi celesti
fanno parte del Sistema Solare?
I pianeti del Sistema Solare sono otto:
Mercurio, Venere, Terra e Marte sono
quelli più vicini al Sole (pianeti interni o
terrestri); Giove, Saturno, Urano e Nettuno si trovano oltre la fascia degli asteroidi
(pianeti esterni o gioviani).
Nel Sistema Solare sono presenti anche altri
asteroidi di varie dimensioni e le comete.
Quali sono le leggi che regolano
i moti dei corpi celesti?
I movimenti di tutti i corpi celesti attorno al
Sole rispettano le tre leggi di Keplero.
I moti dei corpi del Sistema Solare sono
determinati dalla forza di attrazione gravitazionale esercitata dalle loro masse, la cui
intensità è direttamente proporzionale alla
massa dei corpi e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza: questa
relazione è detta legge di gravitazione universale.
2
Il Sole
e i suoi pianeti
Quali sono le caratteristiche
dei corpi celesti osservate
dalle missioni spaziali?
Le missioni spaziali hanno fornito dati e informazioni impossibili da attingere da Terra.
Riguardo al Sole, la cui struttura interna
era già piuttosto nota, hanno fornito molte
informazioni sulla parte più esterna, la corona, e sul vento solare.
Numerose sono le scoperte sui pianeti e
la loro conformazione, così come sui loro
satelliti, alcuni dei quali di dimensioni planetarie.
Le esplorazioni spaziali hanno poi fornito numerose informazioni sugli asteroidi
e sulle comete ; in particolare, le missioni
hanno consentito di comprendere che l’interazione fra radiazione solare e materiale
cometario produce composti del carbonio,
allaS.p.A.,
vita.F. Calvino, Il nuovo Explorer
©essenziali
Pearson Italia
BVer_078-081.indd 78
3
La Luna, il satellite
del pianeta Terra
Qual è la struttura del satellite
della Terra?
La Luna è l’unico corpo celeste che gli esseri
umani hanno potuto esplorare direttamente. Sappiamo così che essa è formata da rocce simili a quelle terrestri. Sulla superficie,
sono riconoscibili le terre, più chiare e antiche, segnate dai crateri, e i mari, più scuri e
recenti, formati da rocce laviche.
Quali sono i principali moti
che regolano i cicli lunari?
Per la coincidenza fra periodo di rotazione sul proprio asse e periodo di rivoluzione
(mese sidereo) attorno alla Terra, la Luna
mostra sempre la stessa faccia, anche se appare
diversa la percentuale di superficie illuminata. Il mese sinodico (ciclo completo delle fasi
lunari) dura circa 29,5 giorni.
Quando Terra, Luna e Sole sono allineati
lungo la linea dei nodi (punti di intersezione
fra i piani delle orbite di Luna e Terra) si verificano le eclissi.
4
I moti
della Terra
Da che cosa è determinato
l’alternarsi del buio e della luce
sulla Terra?
La Terra completa un giro attorno al proprio
asse in 23 ore, 56 minuti e 4 secondi (giorno sidereo); il tempo necessario al Sole per
tornare nello stesso punto del cielo, il giorno
solare, ha una durata di circa 24 ore, variabile
nel corso dell’anno. Conseguenza di questo
movimento è l’alternarsi di un periodo di
luce, il dì, e di un periodo di buio, la notte.
Da che cosa è determinato
l’alternarsi delle stagioni
sulla Terra?
La Terra percorre intorno al Sole un’orbita
ellittica con un movimento di rivoluzione
della durata di un anno.
L’inclinazione dell’asse terrestre rispetto al
piano dell’orbita terrestre produce l’alternarsi delle stagioni : nei giorni dei solstizi
(21 giugno e 22 dicembre) i raggi solari
giungono perpendicolari a uno dei due
Tropici, dando inizio, nell’emisfero boreale, all’estate e all’ inverno ; nei giorni degli
equinozi (21 marzo e 23 settembre) i raggi
solari sono perpendicolari all’Equatore e
iniziano la primavera e l’autunno. Nell’emisfero australe la situazione è ribaltata.
Quali sono i moti millenari
del pianeta Terra?
La Terra compie, in migliaia di anni, movimenti secondari dovuti all’attrazione di
Luna, Sole e altri corpi celesti. I più importanti, anche per le conseguenze sul
clima terrestre, sono il movimento di precessione luni-solare, la variazione dell’inclinazione dell’asse e il cambiamento della
forma dell’orbita.
5
L’Universo oltre
il Sistema Solare
Quali sono i criteri
di classificazione delle stelle?
Le radiazioni emesse dalle stelle, analizzate
con lo spettroscopio, ci permettono di studiare in dettaglio la loro struttura e le loro
caratteristiche, in particolare temperatura
e composizione chimica, e queste informazioni hanno consentito di classificare le
stelle in base alla luminosità (magnitudine)
e alla temperatura (tipo di spettro).
Il diagramma di Hertzsprung-Russel mette in relazione queste caratteristiche ed è
importante per interpretare l’evoluzione
stellare.
Quali sono le tappe della vita
di una stella?
Le stelle si formano dalla contrazione delle
nebulose: quando la temperatura interna
raggiunge il milione di gradi, si innescano reazioni che trasformano l’idrogeno in
elio. Consumato tutto l’idrogeno, il materiale stellare torna a contrarsi e la temperatura aumenta. A questo punto:
” se la massa iniziale è superiore a 8 masse solari, nel nucleo si formano elementi
sempre più complessi e pesanti fi no ad
arrivare al ferro; quando il nucleo non
fornisce più energia alla stella, questa
esplode in una supernova e il nucleo si
trasforma in una stella di neutroni o in
un buco nero.
” se la massa è inferiore a 8 masse solari, la
stella termina la propria evoluzione come
nebulosa planetaria e poi nana bianca.
Come è nato l’Universo?
Sulla base dell’evoluzione stellare e della
fi sica nucleare è stato possibile formulare
una teoria cosmologica, chiamata teoria
del Big Bang, che spiega come tutta la materia dell’Universo si sia formata da una
“esplosione” iniziale dalla quale hanno
avuto origine le galassie e le stelle.
29-01-2009 15:51:16
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G U I DA A Verifica i tuoi obiettivi
Utilizza le conoscenze acquisite nelle Lezioni di questa Unità per rispondere
ai quesiti proposti, suddivisi per obiettivi di apprendimento.
conoscere la struttura e le origini
del Sistema Solare
5. Scegli la risposta o il completamento corretto.
a. Nel nucleo del Sole avviene la fusione:
a dell’idrogeno
b dell’elio
1. Vero o falso?
a. I pianeti del Sistema Solare si dividono in terrestri
e interni.
v f
b. Intorno a Giove orbitano 16 satelliti.
v f
c. La velocità di rivoluzione dei pianeti
non è costante.
v f
d. La coda delle comete è sempre rivolta
verso il Sole.
v f
2. Rispondi sul tuo quaderno.
a. Da che cosa ha avuto origine il Sistema Solare?
c del ferro
d del ghiaccio
b. La temperatura nella fotosfera è:
a 600 °C
b 6000 °C
79
c 660 K
d 6000 K
descrivere le caratteristiche dei pianeti
osservate dalle missioni spaziali
6. Completa la seguente mappa con i termini
appropriati.
...................................................................................................................................
Venere
b. Come si sono formati i pianeti del Sistema Solare?
Con quali caratteristiche?
è un
...................................................................................................................................
...................................
descrivere le leggi che regolano i moti
del Sistema Solare
di tipo
che compie due movimenti
principali detti
...................................
3. Completa le seguenti frasi con il termine appropriato.
a. L’ ...................... è il punto dell’orbita in cui il pianeta si trova
più lontano dal Sole e dove è minima la sua ......................
di rivoluzione.
...................................
b. La ...................... legge di Keplero mette in relazione il tempo
impiegato da un pianeta a percorrere un’orbita completa
intorno al Sole con la distanza media fra i due corpi.
c. La legge di ...................... universale formulata da .....................
descrive l’attrazione di due corpi in relazione alle loro
masse e alla reciproca distanza.
conoscere la struttura
del Sole
4. La figura rappresenta la struttura del Sole; completa
con i termini appropriati.
...................................
...................................
che avviene
attorno al
che avviene
attorno al suo
...................................
...................................
e possiede una
ricca di
...................................
7. Vero o falso?
a. La sonda Venera è stata ricoperta di ceramica
per resistere all’alta temperatura del pianeta
su cui doveva atterrare.
v f
b. Di notte, sulla superficie di Mercurio,
la temperatura scende a –100 °C.
v f
c. Saturno è l’unico pianeta a presentare un sistema
di anelli.
v f
d. Eros è un asteroide pericoloso per la Terra.
v f
b
a. Il periodo di ........................... di Mercurio è di circa 58 giorni.
a
c
d
b. La superficie di ........................... è caratterizzata da
un’atmosfera densa, alte temperature e forti venti.
c. La parte craterizzata di Marte si trova nell’emisfero
........................... .
d. Giove è costituito prevalentemente di ...........................
allo stato liquido e gassoso e di ........................... .
e. Titano, il più grande satellite del Sistema Solare, orbita
intorno a ........................... .
f.
Il colore azzurro dei pianeti Urano e Nettuno è dovuto
alla presenza di ........................... nella loro atmosfera.
B
ExpA-E.indb 79
27-01-2009 12:39:31
unità
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G U I DA A Verifica i tuoi obiettivi
B
descrivere le principali caratteristiche
della Luna
15. La figura illustra l’alternarsi delle stagioni nell’emisfero
boreale. Completa con i termini appropriati.
9. Il rapporto fra la massa della Luna e quella della Terra
è pari a:
a 1/100
b 1/81
MARZO
EQUINOZIO
DIPRIMAVERA
a
AVERA
PRIM
c 2/100
d 2/81
INV
ERN
O
80
10. Vero o falso?
a. Nelle zone non illuminate della Luna
la temperatura scende a –200 °C
v f
b. La missione spaziale che ha portato l’uomo
sulla Luna è stata Apollo 13.
v f
c. Le terre sono la parte montuosa del satellite.
v f
PERIELIO
GENNAIO
AFELIO
LUGLIO
ES
TAT
E
NO
AUTUN
c
b
conoscere i movimenti della Luna; spiegare
l’alternarsi delle fasi lunari e le eclissi
conoscere le caratteristiche fisiche e chimiche
delle stelle
a. Quando la Luna è in ........................... entra nella fase
di novilunio.
16. Vero o falso?
b. Gli antichi calendari lunari si basavano sul mese
....................... .
a. Le stelle sono state classificate in base alla loro
magnitudine apparente quando ancora non
esistevano i telescopi.
v f
b. Un gas rarefatto dà luogo a uno spettro continuo.
v f
c. Le stelle rosse sono le più calde.
v f
c. Perché ci sia un’eclissi, la Luna deve trovarsi in prossimità
di uno dei due ........................... .
12. Vero o falso?
a. Mese sidereo è sinonimo di mese solare.
v f
b. Le eclissi di Sole si possono verificare nella fase
lunare di congiunzione.
v f
a. Le stelle sono formate essenzialmente di due elementi:
........................... ed ............................
c. Se le orbite di Terra e Luna giacessero sullo stesso
piano, le eclissi non avverrebbero mai.
v f
d. Il fenomeno della “luna rossa” si ha durante
le eclissi totali di Luna.
v f
13. Qual è la teoria oggi più accreditata sull’origine
della Luna?
b. La posizione di una stella sul diagramma H-R
è determinata dalla sua classe spettrale e dalla
sua ........................... assoluta.
saper descrivere l’evoluzione dei diversi
tipi di stelle
18. L’immagine rappresenta il diagramma H-R.
#LASSESPETTRALE
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
saper descrivere i moti della Terra e le loro
conseguenze; conoscere i fusi orari
,UMINOSITg3OLE
...................................................................................................................................
"
!
&
'
+
(
SUPERGIGANTI
ROSSE
«
«
GIGANTI
ROSSE 14. Vero o falso?
/
NANEBIANCHE
-AGNITUDINEASSOLUTA
Rispondi sul tuo quaderno.
a. Il giorno sidereo è un po’ più lungo del giorno
solare.
v f
b. L’asse di rotazione della Terra è inclinato rispetto
alla perpendicolare al piano dell’orbita.
v f
c. Il meridiano 0 rappresenta la linea
del cambiamento di data.
v f
a. Descrivi le caratteristiche dei diversi raggruppamenti
di stelle.
d. L’anno tropico è il tempo che intercorre
fra un solstizio e un equinozio.
v f
b. Descrivi sinteticamente le fasi principali dell’evoluzione
di una stella.
4EMPERATURASUPERFICIALE#
Rispondi sul tuo quaderno.
ExpA-E.indb 80
27-01-2009 12:39:39
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G U I DA A
Test
E ora, mettiti alla prova! Rispondi a tutte le domande, confronta le tue risposte
con le soluzioni alla fine del volume e infine valuta la tua preparazione.
Ô USA LE PAROLE
19. L’attività solare è l’insieme dei fenomeni che
caratterizzano, periodicamente, nel Sole:
A Completa con il termine appropriato.
a
b
c
d
1. I pianeti ........................ sono più piccoli e di densità maggiore
rispetto a quelli gioviani.
2. Il moto di un pianeta intorno a una stella è chiamato
........................ .
la zona convettiva
la zona radiativa
il nucleo
la fotosfera
81
20. I mari lunari sono:
a
b
c
d
3. Secondo la prima legge di Keplero, i pianeti descrivono
orbite ........................ intorno al Sole, che si trova in uno dei
due ........................ .
4. La parte superficiale del Sole è detta ........................ .
formati da antiche lave raffreddate
distese di acqua liquida
depressioni colme di ghiaccio
sia b sia c sono corretti
21. Le eclissi di Luna si possono verificare:
5. Ogni ........................ lunare ha la durata di una settimana
circa.
a quando la Luna è in plenilunio
b quando la Terra si interpone fra Luna e Sole
c quando la Luna si trova in prossimità di uno dei due
nodi
d solo in presenza di tutte e tre le condizioni precedenti
6. Quando la Luna è in ........................ , si dice essere
in opposizione.
7. La traiettoria apparente del Sole tra le stelle è detta
........................ .
22. L’asse di rotazione terrestre è inclinato di 23° 27’
rispetto a:
8. Il moto di precessione luni-solare fa lentamente spostare
la posizione degli ........................ .
a
b
c
d
9. Lo ........................ è uno strumento utile ad analizzare la luce
proveniente dalle stelle.
il piano dell’orbita terrestre
la perpendicolare al piano dell’orbita terrestre
il piano equatoriale terrestre
il piano dell’eclittica
23. La magnitudine assoluta di una stella dipende
soprattutto da:
Ô APPLICA I CONCETTI
a
b
c
d
B Vero o falso?
10. Venere è un pianeta gioviano.
v f
11. Il modulo Huygens è atterrato su Titano.
v f
12. Marte presenta ampie zone di ghiaccio
in superficie.
v f
13. Il nucleo di Giove è ricco di ferro e roccia.
v f
14. Le eclissi anulari di Sole hanno luogo quando
la Luna è in apogeo.
v f
le sue dimensioni
la sua distanza dalla Terra
la sua temperatura superficiale
VALUTA LA TUA PREPARAZIONE
Confronta le tue risposte con quelle che trovi a pagina 312, poi
calcola il tuo punteggio utilizzando questa tabella.
v f
usa le parole
16. Il giorno solare dura, in media, 24 ore.
v f
A
C Scegli il completamento corretto.
1 punto per ogni completamento
corretto
il tuo
punteggio
10
applica i concetti
v f
B
1 punto per ogni risposta corretta
8
C
2 punti per ogni risposta
o completamento corretti
12
18. Nel Sistema Solare, i pianeti gioviani:
a possiedono tutti un sistema di anelli
b sono costituiti da elementi pesanti, come silicati
e metalli
c sono costituiti da elementi leggeri, come idrogeno
ed elio
d sia a sia c sono corretti
Totale
Se il tuo punteggio totale è:
inferiore a 18
compreso fra 18 e 24
superiore a 24
ÿ
ÿ
ÿ
30
La tua preparazione:
non è ancora sufficiente
è sufficiente
è buona o molto buona
15. Dalla Terra vediamo sempre la stessa faccia
della Luna.
17. Il Sole è giallo perché la sua temperatura
superficiale è di circa 6000 K.
punteggio
massimo
domande
B
ExpA-E.indb 81
27-01-2009 12:39:43

Il sistema Terra nello spazio

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