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SISTEMA SOLARE il sistema solare è formato da 8 pianeti che ruotano intorno al Sole. Il Sole è fuoco e centro geometrico del sistema, ha un diametro di circa 1,4 M di km ed è composto principalmente da H e He. I pianeti sono 8 dal 2006, ruotano con un moto di rivoluzione intorno alla nostra stella l...

SISTEMA SOLARE il sistema solare è formato da 8 pianeti che ruotano intorno al Sole. Il Sole è fuoco e centro geometrico del sistema, ha un diametro di circa 1,4 M di km ed è composto principalmente da H e He. I pianeti sono 8 dal 2006, ruotano con un moto di rivoluzione intorno alla nostra stella lungo orbite ellittiche poste sul piano dell’ecclittica con un inclinazione dell’orbita sempre inferiore ai 7 gradi. Tutti, inoltre, presentano una rotazione sui propri assi. I pianeti possono avere satelliti. Un pianeta è un corpo celeste che orbita intorno ad una stella, di forma quasi sferica e con una gravità tale da aver ripulito la propria orbita da altri corpi celesti. Si dividono in pianeti rocciosi, o interni, e pianeti giganti gassosi/ghiacciati, o pianeti esterni. Un satellite è un corpo celeste che orbita intorno ad un pianeta, presenta una forma quasi sferica. Un pianeta nano è un corpo celeste, di forma quasi sferica, ma che non possiede una gravità tale da aver ripulito l’orbita da altri corpi. I pianeti interni sono lo 0,5% della massa dei pianeti, i pianeti esterni invece sono il 99,5%, insieme formano lo 0,15% del sistema solare. La separazione tra pianeti interni e pianeti esterni viene indicata anche dalla fascia degli asteroidi. La fascia degli asteroidi si trova tra Marte e Giove. Plutone, che dal 2006 è un pianeta nano, si trova nella fascia di Kuiper. DIAMETRI Sole 1,4M km Giove 143 000 km Terra diametro medio 12 742km RIVOLUZIONE La rivoluzione è il movimento che i pianeti svolgono intorno all’orbita del Sole. Le orbite sono ellittiche e poste sul piano dell’eccllittica. Il Sole rappresenta uno dei due fuochi. Le orbite sono percorse tutte in senso progrado o diretto, cioè in senso antiorario. TEMPI DI PERCORRENZA Mercurio 88g Venere 225g Terra 365g Giove 12a Saturno 29a Urano 84a Nettuno 165a ELLISSE L'ellisse è il luogo del piano nel quale la somma delle distanze tra i due punti F1 e F2 è costante e vale 2a. L’eccentricità dell’ellisse è lo schiacciamento, è sempre tra lo 0 e l’1 ECCENTRICITA’ Mercurio 0,206 Venere 0,007 Terra 0,017 Marte 0,093 Giove 0,048 Saturno 0,056 Urano 0,046 Nettuno 0,009 Plutone 0,250 Tutti i pianeti, tranne Venere, Urano e Plutone ruotano in senso retrogrado. I pianeti che ruotano in senso progrado hanno anche un angolo di inclinazione elevato. Venere 177 gradi Urano 97,9 gradi Plutone 104,5 gradi TEMPERATURE DEI PIANETI La temperatura dei pianeti è legata alla distanza dal Sole e dalla presenza o meno di atmosfera. VELOCITA’ DEI VENTI La velocità dei venti tende ad aumentare con l’allontanarsi dal Sole. DENSITA’ DEI PIANETI La densità si calcola svolgendo la frazione tra massa e volume. COMPONENTI CHIMICI PREVALENTI Pianeti rocciosi, elementi solidi e pesanti, soprattutto viene evidenziata la presenza di basalto. Presentano attività geologica ma solo la Terra ha una tettonica a placche attiva. Pianeti giganti, sono composti principalmente da elementi volatili. MERCURIO Mercurio è il primo dei pianeti del Sistema Solare. Ha un diametro equatoriale di 4878 km. La distanza media dal Sole è di 58 M km. Presenta nei confronti del Sole fasi simili alla Luna. Compie una rivoluzione intorno al Sole in 88g e ruota su se stesso in 59g. Un giorno solare su Mercurio dura 176g. La superficie del pianeta è esposta a notevoli escursioni nocti-diurne con una variazione di +425°/-175°. La densità è molto elevata, circa 5,44 grammi al centimetro cubo, questo è dovuto all’elevato rapporto di Fe e Si. Ha un debole campo magnetico, derivante dal nucleo in Fe in parte fluido, che permette l’effetto dinamo. La superficie è fortemente craterizzata. E’ inoltre considerata la possibilità di presenza di acqua allo stato solido ai poli. Sono, inoltre, presenti estrusioni laviche. Il pianeta però non presenta nessuna geodinamica attiva. VENERE Venere è il secondo pianeta del sistema solare. Ha un diametro di 12 104 km. L’asse è fortemente inclinato, 177°. Presenta rotazione retrograda, cioè in senso orario. Ha un periodo di rivoluzione di 224g, rotazione di 243g, la combinazione dei due porta alla durata del giorno solare su Venere a 117g. La distanza media dal sole è di 108 M km. Non sono presenti notevoli escursioni termiche, si aggirano intorno ai +/-10° C. La temperatura superficiale è di 480°C. Presenta fasi simili alla Luna. La pressione atmosferica corrisponde a 90 atm, questa atmosfera è molto densa grazie alla forte presenza di CO2 ed altri elementi. Questo porta ad un forte effetto serra sul pianeta. Questo effetto serra è legato soprattutto alla radiazione infrarossa verso lo spazio viene riassorbita dal pianeta. La radiazione solare incidente induce scambi di calore radiativo. Questi scambi di calore non sono però omogenei portando alla presenza di gradienti termici. La velocità di rotazione dei venti sul pianeta è di 360 km/h. La divisione dell’atmosfera è: ionosfera, celle di Hadley, zone con poco vento, foschia di acido solforico. Le regioni continentali del pianeta presentano pianure con deboli ondulamenti, bacini depressi, altopiani e rilievi montuosi. Sul pianeta è inoltre presente attività endogena, sono presenti vulcani a scudo. La superficie è inoltre ricoperta da colate laviche e fosse tettoniche. Sono presenti fenomeni di upwelling e domi vulcanici. Non è presente campo magnetico. CELLE DI HADLEY Sono la parte dell’atmosfera che si occupa della circolazione atmosferica globale. Sono celle convettive messe in moto dal calore che comportano il maggior riscaldamento globale delle zone all’equatore. TERRA E LUNA La Terra è il terzo pianeta del sistema solare, ed è l’unico a presentare acque nelle tre fasi, solido, liquido, gassoso. Nella bassa atmosfera il 50% è composto da goccioline di acqua e/o cristalli di ghiaccio. Il pianeta è inoltre ricoperto per il 71% di acqua in superficie. Date le differenze di diametro e le influenze, la Terra e la Luna possono essere considerati un sistema binario di pianeti. La Luna ha una massa pari a 1/81 di quella della Terra. Diametro medio della Terra: 12 742km diametro medio della Luna 3 476 km Distanza Terra-Luna: 384 400 km Distanza Terra-Sole: 14 959 M km, questo dato equivale ad 1 U.A. (unità astronomica). L’atmosfera protegge il pianeta da impatti con altri corpi celesti e scherma parte delle radiazioni. Densità: 5,59 grammi al centimetro cubo. Il pianeta è caratterizzato da una tettonica a placche attiva, con la creazione di nuova crosta terrestre nelle dorsali oceaniche. Inoltre è presente una ricca attività endogena. Sono presenti inoltre diverse attività esogene, cioè alterazioni chimico-fisiche. L’atmosfera è ricca di azoto, ossigeno e acqua, insieme ad altri elementi in concentrazioni minori (Ar, CO2, He, CH4). La Terra è ricca di anidride carbonica, non solo nell'aria, ma soprattutto nelle rocce calcaree. La Terra non è esente da impatti con altri corpi celesti, per quanto la presenza dell’atmosfera li diminuisca. MARTE Marte è il quarto pianeta del sistema solare, e l’ultimo prima della fascia degli asteroidi e dei pianeti esterni. Ha un diametro di 6 779 km. Il periodo di rivoluzione è pari a 687g mentre quello di rotazione è di 24h e 30’. L’asse presenta un’inclinazione pari a 25°, questo garantisce una stagionalità tra l’emisfero nord e quello sud. Il pianeta ha due satelliti: Fobos e Deimos. L’atmosfera è simile a quella di Venere, composta per il 95% da anidride carbonica. Viene evidenziata la presenza di venti sulla superficie soprattutto per la presenza di Yardang- creste rocciose erose dal vento-. Nell’emisfero nord invece la superficie è caratterizzata da arie pianeggianti, mentre l’emisfero sud è fortemente craterizzato. Questo indica una maggiore esposizione dell’emisfero sud, e potrebbe essere l’evidenza di una passata attività tettonica a placche, oppure potrebbe essere dovuto da un singolo impatto. I crateri da impatto di Marte presentano un arrotondamento sui bordi e sembra quasi che i clasti siano fusi e defluiti, si evidenza la presenza di acqua che poi ha fuso e defluito. In passato sulla superficie di Marte scorreva acqua, questo si può capire dalla presenza di canali semplici e solchi, interconnessi a struttura dendritica. L’acqua è un punto di interesse per gli studiosi per la possibilità di presenza di vita organica. Su Marte è presente attività endogena, il vulcano più importante è il Mons Olimpus, un vulcano a scudo alto 25 000m. E’ il monte più alto del sistema solare. Presenta una pressione atmosferica pari a 6,36 hPa. FASCIA DEGLI ASTEROIDI La fascia degli asteroidi è la prima fascia di corpi del Sistema Solare. Si trova tra Marte e Giove, a circa 2,2-3,3 U.A. dal Sole. Convenzionalmente è posto come limite tra i pianeti interni e quelli esterni. GIOVE Giove è il primo dei pianeti giganti, ed è il maggiore del Sistema Solare. Ha un volume 1316 volte la Terra e una massa 320 volte il nostro pianeta. Si trova a 5 A.U. dal Sole. Il suo periodo di rivoluzione è di 12 anni, mentre il suo periodo di rotazione è 9h 50’ 20’’, il più basso del sistema solare. La densità è di 1,39 grammi al centimetro cubo. Presenta venti in superficie con velocità pari a 540 km/h, concentrati soprattutto nella fascia equatoriale, dove si evidenzia la presenza di flussi a getto. L’atmosfera è molto fredda, circa -140°C, è composta principalmente da idrogeno, elio e metano. L’atmosfera, inoltre, è suddivisa in zone/bande chiare caratterizzate da nubi più calde ed ascendenti, e bande scure, caratterizzate da nubi più freddi e discendenti. Una di queste fasce scure è la macchia rossa, un anticiclone che ruota in senso antiorario lungo un parallelo dell’emisfero sud da almeno tre secoli. Il pianeta ha 16 satelliti, i più importanti sono Calliste, Ganimede, Io ed Europa. Tutti i satelliti presentano orbite circolari, sono sincroni e mostrano sempre la stessa faccia a Giove. Callisto e Ganimede presentano acqua allo stato solido. Europa, ha una densità simile a quella della Terra, una consistenza rocciosa, è priva di vulcani ma ha probabilmente avuto qualche attività effusiva in passato, presenta una superficie priva di crateri da impatto, quindi rinnovata. Io, non presenta crateri da impatto, ha quindi una superficie giovane. E’ presente una forte attività vulcanica effusiva. Il pianeta presenta degli anelli, arancioni e poco visibili, formati da quello che è rimasto di piccoli pianeti che hanno superato il limite di Roche. Giove presenta un nucleo ed una struttura interna. Si ipotizza che il nucleo possa essere di roccia o ghiaccio, avvolto da idrogeno metallico, con un involucro esterno di H2 ed He molecolari. La temperatura al nucleo è altissima, ci 36 000 k. La pressione interna raggiunge i 4500 hPa. Il campo magnetico di Giove viene generato da correnti elettriche nello stato di idrogeno metallico liquido. L’intensità è di 7,8 Gauss ed è la struttura più grande del sistema solare. LIMITE DI ROCHE Il limite di Roche è la distanza alla quale avviene la distruzione di un corpo celeste per colpa della gravità di un pianeta. A pari densità è 2,4 volte il raggio del pianeta. SATURNO Saturno è il secondo dei pianeti gassosi. Ha un diametro di 120 k km, si trova a 10 U.A. dal Sole ed ha una massa pari a ⅓ di quella di Giove. Presenta un nucleo roccioso, con una concentrazione meno elevata di idrogeno liquido metallico, ma più H2 e He molecolare. Il suo campo magnetico ha una forza di 0,75 Gauss. Ha la densità minore del sistema solare, 0,69 grammi per centimetro cubo. Saturno ha un periodo di rivoluzione di 29,46 anni e un periodo di rotazione di 10h 13’. Presenta un forte schiacciamento polare. L’atmosfera di Saturno è caratterizzata dalla presenza di bande chiare e fasce scure parallele all’equatore. La velocità dei venti all’equatore è di 1200km/h. Saturno presenta una serie di anelli, composti da particelle di ghiaccio e roccia ricoperta di ghiaccio, sono il risultato di uno scontro di un satellite o di una cometa. Il pianeta ha 18 satelliti, il più importante è Titano. Titano ha un’atmosfera principalmente composta da N2, CH4, acido cianidrico, etanolo, acetilene e propano. La sua composizione ricorda quella della Terra primitiva. Sulla superficie sono presenti laghi e fiumi di metano liquido. URANO Urano è il penultimo pianeta del sistema solare. Ha un diametro di 51 k km e si trova a 20 A.U. dal Sole. Presenta un periodo di rivoluzione di 84 anni e un periodo di rotazione di 17h 12’. Il pianeta ha una rotazione retrograda, con un’inclinazione dell’asse di 98°. L’atmosfera è prevalentemente composta da H2, He, CH4, che ne consente la colorazione verde-azzurro. Il pianeta è privo di interno di idrogeno metallico e nucleo roccioso. Ha una temperatura di -200°C. Presenta una serie di anelli sottili. Il pianeta ha 15 satelliti, che ruotano mostrando sempre la stessa faccia ad Urano. Il più importante è Miranda, la parte superficiale del satellite è craterizzata, e presenta rughe, scarpate molto profonde e parallele tra loro, e faglie. Questi potrebbero essere dovuti ad una possibile collisione. NETTUNO Nettuno è l’ultimo pianeta prima della fascia di Kuiper. Ha un diametro di 50 k km e si trova a 30 A.U. dal Sole. Presenta un periodo di rivoluzione di 164,8 anni e un periodo di rotazione di 16h. L’atmosfera è ricca di H2, He e Ch4, che ne permette la colorazione azzurra. L’atmosfera è inoltre caratterizzata dalla presenza di bande chiare e fasce scure. Il pianeta presenta anelli sottili e spezzati. Il nucleo interno è formato da roccia e ghiaccio. Il pianeta ha 6 satelliti, il più importante è Tritone. Tritone ha una temperatura di -236°C e presenta un moto retrogrado, questo è dovuto ad una possibile cattura del satellite dall’orbita plutoniana, questo spiegherebbe anche gli episodi di estesa fusione e solidificazione. Sulla superficie sono inoltre presenti zone fratturate, laghi di lava, vulcani e geyser. LEGGI DI KEPLERO le leggi di Keplero regolano il moto di rivoluzione. 1. I pianeti descrivono orbite ellittiche e quasi complanari, delle quale il Sole occupa uno dei due fuochi. L’eccentricità delle orbite è poco marcata. 2. i pianeti percorrono le loro orbite più velocemente in perielio (più vicino al Sole) e più lentamente in afelio (più lontano dal Sole) 3. i quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono proporzionali ai cubi delle rispettive distanze medie dal Sole. Newton inserì le leggi di Keplero nel contesto dei principi fondamentali della dinamica, per la descrizione precisa dei moti. 1. Principio di inerzia. Un corpo in quiete, in mancanza di stimoli esterni, resta in quiete 2. principio di proporzionalità. Quando una forza viene applicata ad un corpo esso accelera, l’accelerazione nella direzione della forza è proporzionale alla sua grandezza e inversamente proporzionale alla massa dell’oggetto. 3. principio di azione e reazione. Le forze vengono sempre prodotte in coppia, con uguale grandezza e verso opposto la legge della gravitazione universale di Newton stabilisce che la forza di attrazione tra due corpi è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato delle distanze. la costante gravitazionale viene indicata con G. L’accelerazione di gravità sulla Terra si stabilisce partendo da G, uguagliando la legge gravitazionale alla forza peso di un corpo m. LEGGE DI CONSERVAZIONE DELLA QUANTITÀ DI MOTO momento lineare (mv) Se le forze risultanti agenti sul corpo sono nulle, allora la quantità di moto mv è costante F=0 => mv= costante per questo motivo, in un sistema chiuso la quantità di moto rimane costante, prima o dopo un evento, se. Lo scontro è perfettamente elastico. Nel caso di masse uguali => m1v1+m1v2= m1v2+m1v1 Con la legge di conservazione del momento liberare si può spiegare la seconda legge di keplero. Se la somma dei momenti delle forze. È nulla,il momento angolare si conserva. Si definisce momento angolare come il prodotto della distanza di una massa dal suo asse di rivoluzione. CONSERVAZIONE DEL MOMENTO ANGOLARE La conservazione del momento angolare implica che quando la distanza r dal Sole diminuisce, aumenta la velocità v del pianeta e viceversa. In perielio è massima, in afelio è minima. La Terra può essere suddivisa in: 1. Paralleli, dall’ equatore ai poli, di forma circolare e concentrici, ciascun parallelo è una linea che unisce punti uguali. I paralleli possono definire la latitudine 2. Meridiani, di forma semicircolare da polo N al polo S e sono la distanza dal meridiano fondamentale.I meridiani possono definire la longitudine. COORDINATE DEL PUNTO Le coordinate del punto sono una coppia di valori, latitudine e longitudine espressi come angoli a partire dall’ equatore e dal meridiano di Greenwich. STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA L’interno della Terra è suddiviso in nucleo, mantello, crosta oceanica/continentale. Un’altra suddivisione dell’interno della Terra può. essere nucleo interno/esterno, mesosfera, astenosfera, litosfera. La crosta continentale è meno densa della crosta oceanica, infatti galleggia sul mantello litosferico e risente di movimenti verticali dovuti alla spinta di Archimede. NUCLEO INTERNO Solido, composto da ferro a temperatura di 6000 gradi.Ha un diametro di 2432 km, ha un movimento di rotazione a velocità propria. NUCLEO ESTERNO Liquido, composto da ferro e nichel. Ha un diametro di 6964 km. NUCLEO COMPLETO Il nucleo completo è quello che si può definire l geodinamica terrestre, cioè la parte che produce il campo magnetico terrestre. Il nucleo magnetico è direttamente prodotto dalla parte esterna del nucleo fluido, che è un conduttore in costante movimenti tramite moti convettivi. Il campo magnetico terrestre non è costante ma tende ad aumentare e diminuire di intensità. Per lo stesso motivo i poli magnetici tendono ad invertirsi. ORIENTAMENTO DEL CMT La magnetosfera, quindi la struttura del campo magnetico terrestre, si posizione sempre tra la Terra e il Sole e la coda si rientra sempre verso lo spazio aperto. Il my è compresso fino a 64 000 km nella direzione del Sole per poi affievolirsi rapidamente nella magnetopausa. Attorno alla magnetopausa è presente una zona di transizione delimitata dall’onda d’urto. Le particelle di vento solare vengono scaldate, rallentate e deviate. L’nda d’urto forma. Una sorta di fodero magnetico. Il CMT protegge la Terra dal vento solare, il vento solare inoltre protegge la Terra dai raggi cosmici formati da protoni, elettroni, nuclei carichi e neutroni che viaggiano a 300 000 km/s, cioè alla velocità dell luce. FASCE DI VAN HALEN Le fasce di Van Halen sono fasce di radiazione ad alta radioattività poste alla magnetosfera. Sono due fasce principali stabili a forma di anello e una terza fascia non stabile. Le fasce di Van Halen catturano le particelle cariche, elettroni e protoni del vento solare. La fascia. Interna si trova a 10 000 km dalla superficie,mentre la fascia esterna si trova a 25 000 km. VENTO SOLARE E RAGGI COSMICI Il vento solare e i raggi cosmici sono radiazioni ionizzanti, reagiscono e tendono alla produzione di ioni in atmosfera. Queste trasformazioni e interazioni avvengono nella ionosfera. Il fronte d’urto devia il vento solare. Nelle zone circum polari le interazioni tra il vento solare deviato e la ionosfera diventa un processo visibile, nelle aurore polari. I poli magnetici sono la zona dove il CMT è verticale rispetto alla superficie. Essi non ricadono nei poli geografici ma ricadono nella zona circumpolare. L’asse di dipolo magnetico non passa dai poli magnetici ma si individuano poli differenti che vengono definiti poli geomagnetici. L’intensità del campo magnetico varia da 60 000 nano tesla ai poli a 30 0000 nanotesla all’equatore. L’ago della bussola punta il. Polo nord magnetico. La declinazione magnetica è l’angolo compreso tra il polo nord magnetico e i polo nord geografico. ISOGENE Le insegne sono linee che congiungono i punti con uguale declinazione. I dipoli magnetici le linee di forza che escono sempre dal polo nord ed entrano nel polo sud del magnete. MOTO DI ROTAZIONE DELLA TERRA Il movimento rotatorio avviene attorno al proprio asse,attualmente l’inclinazione è di 23 gradi e 27 primi rispetto alla perpendicolare. La Terra svolge la sua rotazione in senso progrado, cioè in senso antiorario se l’osservatore si pone al di sopra del polo nord, con una velocità angolare costante. Dal punto di vista terrestre la volta celeste si muove in senso opposto. GIORNO SOLARE Il giorno solare è il periodo di tempo tra due passaggi consecutivi sullo stesso meridiano,mediamente dura 24h ma è più lungo in perielio rispetto che in afelio. La rotazione terrestre è in continuo rallentamento, il giorno solare aumenta circa 1,6/1000s ogni 100 anni. Questo rallentamento è dovuto alle forze di attrazione Terra-Luna. GIORNO SIDERALE Il giorno siderale prende come riferimento una stella, ha una durata costante di 23h 56’ e 4’’. VELOCITA’ ANGOLARE DI ROTAZIONE La velocità angolare di rotazione è il tempo che la Terra impiega a compiere un determinato spazio, riferito per angolo nell’unità di tempo. Esso equivale a 360/24= 15 gradi l’ora. La velocità lineare di rotazione varia proporzionalmente a r. Si può esprimere in relazione il rapporto tra velocità lineare e velocità angolare. V= 2pigrecor/T, quindi v=wr VELOCITA’ LINEARE DI ROTAZIONE La velocità lineare cambia a seconda delle latitudini, all'equatore è 1670 km/h, al 60* parallelo è 840 km/h,ai poli è 0 km/h. La Terra nel suo moto oscilla sull’asse di rotazione con un moto doppio conico la cui proiezione sulla superficie ha un diametro di circa 13m, con periodo di ritorno di 14 mesi. Questo è dovuto alla non omogenea distribuzione delle masse nel corpo Terra e alla rotazione attorno all’asse di inerzia. Polo N e polo S geografici fissi al centro delle oscillazioni. Polo N e polo S istantanei sono nei pressi. PROVE DELLA ROTAZIONE TERRESTRE Esperienza di Guglielmini, la gravità agisce sul corpo in direzione verticale. Durante la caduta il corpo si sposta orizzontalmente di una lunghezza pari a M1M2, ciò conferisce al corpo in volo una traiettoria a parabola che lo fa cadere nel punto Q, con uno spostamento verificato di 17 mm verso est. Esperienza di Foucault, prova del pendolo. Un pendolo del peso di 28kg, collegato ad un cavo di 60m non in oscillazione lascerà nel tempo una traccia di spostamento in senso orario. Considerando valida la legge di Newton del moto, il piano di oscillazione del pendolo non varia, quindi a muoversi dovrà essere la Terra sottostante. Il movimento stabilito da Foucault era di 15 gradi, quindi il movimento della Terra è stato stabilito a 15 gradi l’ora. CONSEGUENZE DEL MOTO DI ROTAZIONE 1. Alternanza del dì e della notte. 2. Azione della forza centrifuga su tutti i corpi della Terra ad eccezione di quelli posti sull’asse di rotazione. 3. Forza di Coriolis, cioè la tendenza di tutti i corpi in movimento, i corpi dell'emisfero N tendono ad essere deviati verso destra, mentre i corpi nell’emisfero S tendono ad essere deviati verso sinistra. La legge che regola la forza Di Coriolis è la legge di Ferrel. F=2(velocità angolare del sistema in rotazione)Vsen(dell’angolo) FORZA DI CORIOLIS Al crescere della latitudine la diminuzione della velocità lineare di rotazione è la causa della deviazione, la deviazione non si limita alle masse d’aria, ma comprende anche le masse d’acqua. La variazione di latitudine cambia anche l’energia della forza, all’equatore è nulla mentre ai poli è massima. LA forza di Coriolis si presenta di masse in movimento in un sistema rotante. CORRENTI A GETTO Le correnti a getto si formano nelle celle di Hadley r diminuisce e v aumenta. Le correnti a getto sono caratterizzate da venti molto forti, fino anche a 350-450 km/h. Importante è anche l’effetto che le correnti a getto hanno sui gradienti termici. MOTO DI RIVOLUZIONE Il moto di rivoluzione è il moto orbitale attorno al Sole. Le orbite percorse sono di forma ellittica, con differenze di eccentricità (l’eccentricità della Terra è di 0,0167). Le leggi che regolano questo moto sono le leggi di Keplero. 1. la Terra descrive un’orbita ellittica in cui il Sole occupa uno dei due fuochi. Il senso di rivoluzione è progrado, cioè antiorario. La velocità media di rivoluzione è di 107 000 km/h, cioè 29,8 km/s. La durata del moto è 1 anno. Durante il moto di rivoluzione l’inclinazione e l’orientamento dell’asse terrestre possono essere considerati costanti nel breve tempo. SOLSTIZIO Durante l’anno ci sono due solstizio: quello estivo (il 21-22 giugno) e quello invernale (21-22 dicembre). Il solstizio è il giorno in cui l’asse della Terra presenta la massima inclinazione verso il Sole. Il Sole si trova a picco sopra il tropico del Cancro e quello del Capricorno. Il solstizio è il giorno con il maggiore/minor numero di ore di insolazione. EQUINOZIO Durante l’anno vi sono due equinozi: quello primaverile (20-21 marzo) e quello autunnale (22-23 settembre). Gli equinozi sono i giorni in cui l’asse della Terra forma un angolo di 90° con il raggio vettore Sole-Terra. Il Sole si trova a picco sull’equatore, per questo motivo il dì e la notte hanno la stessa durata (12h poli esclusi). PROVE DELLA RIVOLUZIONE TERRESTRE Vi sono alcuni comportamenti del pianeta o delle stelle a prova della rivoluzione terrestre. 1. aberrazione della luce stellare: il moto orbitale della Terra influisce sulla direzione dei raggi luminosi provenienti da una stella.  2. effetto Doppler: tutte le stelle mostrano spostamenti spettrali conformi con la velocità e la direzione di movimento richiesti da un’orbita attorno al Sole. DURATA DELLA RIVOLUZIONE 1. Un anno è il periodo di tempo necessario per una rivoluzione completa della Terra attorno al Sole. 2. Un anno siderale è il tempo necessario affinché la Terra torni in un determinato punto dell’orbita di una stella fissa, la sua durata è di 365g 6h e 9’. 3. un anno tropicale è il periodo di tempo compreso tra due equinozi, dura 365g 5h 48’ 46’’ 4. un anno anomalistico è il tempo che trascorre tra un perielio e quello successivo, ha una durata di 365g 13’ 53’’. l’introduzione dell’anno bisestile è stato deciso per recuperare un giorno in più ogni 4 anni. REGOLA DEGLI ANNI CENTENARI, gli anni centenari vengono considerati bisestili solo quando possono essere divisi per 400. CALENDARIO Nel corso dei secoli sono stati introdotti una serie di calendari. 1. calendario di Romolo, l’anno aveva una durata di 304 giorni organizzati il 10 mesi. 2. calendario da Numa Pompilio a Giulio Cesare, aveva una durata di 355 g, veniva accumulato un ritardo di 11 giorni circa. Ogni due anni veniva inserito un tredicesimo mese. 3. calendario giuliano, l’anno durava 365 g. La discrepanza con l’anno tropico veniva sistemato con l’inserimento di un anno bisestile. L’anno bisestile di Giulio Cesare era più lungo della durata dell’anno tropico di circa 11’14’’. Con il passare dei secoli l’errore si accumulò fino al momento in cui l’equinozio di primavera risultava essere l’11 marzo. 4. calendario gregoriano, il papa Gregorio XIII diede in carico la risoluzione dell’errore. Con la riforma gregoriana furono eliminati 10 giorni di errore nel mese di ottobre. Inoltre inserì la regola degli anni bisestili e quello degli anni centenari. Con la risoluzione gregoriana l’errore si ridusse a 26’’ in eccesso. PIANETA TERRA E LA SUA ILLUMINAZIONE La posizione della Terra porta ad oscillazione periodica nell’intensità e nella durata dell’insolazione solare al suolo. Così facendo la quantità di energia che raggiunge la superficie è differente. L’illuminazione inoltre porta ai gradienti di temperatura, la pressione atmosferica e oceanica e le perturbazioni atmosferiche che determinano il tempo atmosferico e i climi terrestri. CONDIZIONI DI ILLUMINAZIONE DELLA TERRA In termini astronomici: 1. circolo di illuminazione: il circolo massimo che separa sulla Terra l’emisfero in ombra dall’emisfero illuminato. 2. piano dell’orizzonte: è il piano tangente alla superficie terrestre in un punto. 3. mezzogiorno: è il momento di passaggio dal Sole sul meridiano del luogo ALTEZZA DEL SOLE AL MEZZOGIORNO E’ l’angolo verticale tra le direzioni del Sole a mezzogiorno e il piano dell’orizzonte, esso varia tra gli 0° e i 90°. DECLINAZIONE DEL SOLE E’ la latitudine alla quale il Sole è a 90° rispetto al piano dell’orizzonte. CIRCOLO DI ILLUMINAZIONE E’ il circolo massimo che separa sulla Terra l’emisfero in ombra da quello illuminato. Il circolo di illuminazione segna il passaggio tra il dì e la notte, durante gli equinozi passa per i poli mentre durante i solstizi è tangente ai poli. In qualunque momento il circolo di illuminazione taglia l’equatore. E’ sempre perpendicolare al piano dell’eclittica. STAGIONE ASTRONOMICA E’ il periodo di tempo compreso tra l’equinozio e il solstizio, l’inverno risulta essere la stagione astronomica più corta mentre l’estate quella più lunga. Nell’emisfero N il semestre caldo è più lungo di 7g 15h, a causa della maggior lunghezza del tratto di orbita da percorrere e la minor velocità della Terra in afelio. MEZZOGIORNO Momento del passaggio del Sole sul meridiano del luogo, per ciascun istante sulla Terra vi è un solo meridiano di mezzogiorno. Se consideriamo Greenwich, a 15° ad ovest saranno le 11, mentre a 15° ad est saranno le 13. ALTEZZA DEL SOLE A MEZZOGIORNO L’angolo verticale tra la direzione del Sole a mezzogiorno e il piano dell’orizzonte è tra 0° e 90°. Il punto subsolare è il punto della superficie in cui il Sole è allo zenit in quel particolare momento. DECLINAZIONE DEL SOLE La latitudine alla quale il Sole è a 90° rispetto al piano dell’orizzonte la declinazione è compresa tra 23°27’ N e 23°27’ S. DECLINAZIONE DEL SOLE 1. equinozio: 0° 2. solstizio estivo: 23°27’ N 3. solstizio invernale: 23°27’ S ILLUMINAZIONE DELLA TERRA 1. equinozi: I raggi del Sole formano un angolo di 90° con l’asse terrestre. Il circolo di illuminazione passa per i poli e divide tutti i paralleli a metà per cui il dì e la notte hanno la stessa durata ad eccezione dei poli. 2. solstizio invernale: il circolo di illuminazione è tangente ai circoli polari. Il circolo di illuminazione taglia tutti i paralleli in due parti disuguali ad eccezione dell’equatore. CALCOLO DELL’ALTEZZA DEL SOLE A MEZZOGIORNO La regola generale è: 90°- (latitudine del luogo +/- declinazione solare) si utilizza + se si hanno dati in emisferi opposti, mentre si utilizza - se i dati sono nello stesso emisfero. ALTEZZA SOLARE AL MEZZOGIORNO nel solstizio invernale 1. circolo polare artico: 0° 2. tropico del Cancro: 43° 06’ 3. equatore: 66°33’ 4. tropico del Capricorno: 90° 5. circolo polare antartico: 47°  6. polo s: 23°27’ MOVIMENTI APPARENTI DEL SOLE Dalla superficie terrestre il moto apparente del Sole è da est ad ovest. ANALEMMA L’analemma è il diagramma che mostra la relazione tra la declinazione solare e l’equazione del tempo, la differenza tra il giorno solare apparente e il giorno solare medio. La durata del giorno dipende dalla posizione della Terra lungo la sua orbita. GIORNO SOLARE Il giorno solare ha una durata maggiore lungo il perielio e una durata inferiore lungo il periodo di afelio. PERIELIO: la durata è maggiore perchè deve ruotare un po’ di più affinchè il Sole torni al meridiano considerato. AFELIO: la Terra deve ruotare di meno. MOTI E FENOMENI CICLICI LUNGO L’ORBITA Alcuni moti a bassa frequenza f sono fondamentali nell’influenza del clima. Questi moti si esprimono con onde. T dell’onda: è l’intervallo di tempo tra due creste e due ventri. frequenza: è il numero di eventi nell’unità di tempo velocità di propagazione: è il rapporto tra la T dell’onda e la frequenza. Ciascun moto con le sue frequenza si somma agli altri come avviene nel fenomeno dell’interferenza tra onde. SCALA DELLE CENTINAIA DI MIGLIAIA DI ANNI 1. variazione dell’eccentricità dell’orbita. Dovuto dall’attrazione di Giove, attualmente la differenza di distanze tra afelio e perielio è del 3%, cioè 5M km. Per questo attualmente c’è un aumento del 6% nella radiazione solare incidente tra luglio e gennaio. Considerando la sua inclinazione al suo massimo l’incidenza solare è tra il 20-30% maggiore in afelio, il che influenza il clima. 2. precessione degli equinozi. Il movimento doppio conico dell’asse porta allo spostamento della linea degli apsidi. Con il movimento doppio conico vi è lo spostamento dell’orientamento rispetto al Sole. La causa di questo movimento è dovuto al moto di attrazione  Sole-Luna nel rigonfiamento equatoriale. Il periodo di tempo del fenomeno è 26 000a, questo è complicato da un altro moto secondario che imprime al movimento circolare orario un oscillazione lungo una linea sinusoidale, questo movimento è chiamato moto di nutazione, con durata T=189. Questo è dovuto alle forze di pressione che non agiscono in modo costante. Il moto completo della precessione dell’asse è di 26 000 anni, cioè 1° ogni 72 anni. L’equinozio di primavera si sposta in senso retrogrado, la rivoluzione terrestre avviene invece in senso progrado, l’unione dei due dati porta ad un avvicinamento dell’equinozio di primavera di 20 minuti circa. 3. variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre. DIFFERENZA TRA ANNO SIDERALE E ANNO TROPICO, 20 minuti. La causa di questa differenza è dovuto alla processione dell’asse di rotazione terrestre. Per questo attualmente il polo N celeste di trova entro l’arco di 1° dalla Stella Polare, nel 2100 si avvicinerà ancora di più alla stella Polare, per poi spostarsi a circa 5° da Vega. PRECESSIONE DELLA LINEA DEGLI APSIDI Esso avviene con una durata di T=117 000 anni. E’ lo spostamento dell’asse maggiore dell’orbita terrestre nella stessa direzione del moto di rivoluzione. Questo è dovuto dall’attrazione degli altri pianeti esterni, soprattutto Giove e Saturno. Per questo motivo l’anno anomalistico è più lungo dell’anno siderale. La precessione dell’asse e il moto della linea degli apsidi avvengono in senso opposto, combinati i due causano la precessione degli equinozi. La durata varia da T= 19 000 anni a T= 23 000 anni. La precessione aumenta il contrasto stagionale in un emisfero e diminuisce il contrasto nell’altro. VARIAZIONE DELL’INCLINAZIONE DELL’ASSE Questo avviene con un periodo T= 41 000 anni. L’inclinazione dell’asse rispetto alla perpendicolare del piano dell’eclittica, da 22,1° nei periodi di bassa stagionalità, a 24,5° nei periodi di alta stagionalità. Le conseguenze sono la variazione della declinazione solare ai solstizi e la variazione delle latitudini dei tropici e dei circoli polari. Nelle aree circum polari la bistagionalità annua varia in estensione passando da un minimo ad un massimo in 20 500 anni. RALLENTAMENTO DELLA VELOCITA’ DI ROTAZIONE La Terra rallenta, nel 400 Ma l’anno terrestre durava 400g 22h, ciò significa che la Terra girava più velocemente. Questo dato si ricava dai fossili del periodo Denoviano. ATMOSFERA L’atmosfera è la miscela di gas che si sviluppa per molti km di altezza e che permane attorno al nostro pianeta trattenuto dalla forza di gravità. Il limite superiore è di 10 000 km circa, e viene stabilito dalla fascia di Van Halen. L’atmosfera può essere divisa secondo due tipologie. Per composizione: 1. eterosfera 2. omosfera Per temperatura: 1. esosfera 2. termosfera 3. mesosfera 4. stratosfera 5. troposfera SUDDIVISIONE PER COMPOSIZIONE CHIMICA Eterosfera, la parte in quota, dagli 80 ai 10 000 km. La composizione chimica è differente e separata a strati. La suddivisione per strati avviene secondo il peso molecolare. Il flusso risulta essere laminare senza rimescolamenti. I maggiori elementi sono: 1. H: 10 000km 2. He: 600-700 km 3. O: 250-400 km 4. N2: 120-140 km 5. O2 Omosfera, la miscela dei gas è piuttosto omogenea. Sono presenti moti turbolenti e rimescolamenti. Si espande dagli 0 al termine delle turbopausa, a circa 80-90km I maggiori elementi sono: 1. azoto: 78% 2. ossigeno: 21% 3. argon: 0,9%  4. CO2: 0,04% 5. ed altri gas minori: 0,06% A livello di temperatura include: 1. troposfera 2. stratosfera 3. mesosfera L’atmosfera è cambiata nel corso dei secoli, nell’atmosfera primordiale erano presenti elevate concentrazioni di vapore acqueo, anidride carbonica,idrogeno, monossido di carbonio, metano, ammoniaca e azoto. Alcuni di questi gas sono nocivi per l’uomo. EVOLUZIONE DELL’ATMOSFERA L’evoluzione è stata causata dalla comparsa, circa 2,8 miliardi di anni fa, dei primi organismi in grado di fare la fotosintesi, con il processo di fotosintesi vengono utilizzato ossigeno ed eliminata anidride carbonica. La fotosintesi è il processo di trasformazione dell’energia luminosa in energia chimica. L’acqua e l'anidride carbonica reagiscono formando gli zuccheri e producendo ossigeno 6CO2+6H2+energia→C6H12O6+6O2 la respirazione cellulare è il processo opposto della fotosintesi C6H12O6+6CO2→6CO2+6H2O+energia questo è un processo fisiologico essenziale per gli esseri viventi aerobici che consiste nell’assunzione dell’ossigeno e l’eliminazione di anidride carbonica e acqua per mezzo di apparati e organi differenti. Nelle cellule il glucosio viene consumato attraverso il processo di ossidazione, ottenendo l’energia per il funzionamento della cellula. COMBUSTIONE La combustione è un processo simile alla respirazione, viene consumato ossigeno e prodotta anidride carbonica, acqua ed energia. STRUTTURA SECONDO LA TEMPERATURA 1. esosfera 2. termosfera: fino a 550km 3. mesosfera: fino a 80km, pressione 1/10 000  4. stratosfera: fino a 50km, 99,9% della massa, pressione 1/1000 5. troposfera: 8-17km, 90% della massa, pressione 1/10 La pressione atmosferica tende a diminuire con l’innalzarsi della quota, al livello del mare la pressione vale 1013hPa, cioè 1 atm. I QUATTRO STATI DELLA MATERIA Il 99,9% della materia dell’universo è composta da plasma. Il plasma è un gas ionizzato costituito da una miscela di elettroni liberi, ioni atomici e ioni molecolari interagenti tra loro in una miscela quasi neutra. Fornendo calore e pressione la materia può cambiare stato, da solido a liquidi, da liquido a gas e da gas a plasma. Il livello di energia interna degli oggetti e dei sistemi aumenta e diminuisce, con un acquisto, cessione di calore o in relazione al lavoro fornito. DIFFERENZA TRA CALORE E TEMPERATURA La temperatura è la misura dello stato termico, indica il grado di eccitazione delle molecole. L’unità di misura del calore è il Joule o la caloria. Indica il calore necessario per portare 1g di acqua distillata da 14,5°C a 15,5°C a pressione standard. 1 cal=4,1855J L’unità di temperatura della temperatura sono di 3 tipologie. 1. la scala assoluta dei Kelvin 2. I gradi °C 3. I gradi °F Ogni oggetto sopra lo zero assoluto (cioè il momento dove le particelle sono teoricamente immobili) perde energia interna e la diffonde verso l’esterno. La propagazione energetica verso l’esterno avviene tramite radiazioni elettromagnetiche. Più bassa è la temperatura maggiori sono le onde dei raggi emessi. FORME DI ENERGIA TERMICA Esistono due tipologia di calore. 1. calore sensibile. Il calore che causa il cambio di temperatura in un corpo. Se aggiungi calore aumenterà la temperatura, se togli calore la temperatura diminuirà. Questo calore immesso o rimosso è il calore sensibile. 2. calore latente. Il calore latente è la causa dei cambiamenti di stato, indica il momento in cui il calore,  a temperatura costante, porta al cambiamento. Anche con la sua rimozione o immissione in un sistema non si hanno aumenti o diminuzioni di temperatura. CALORE LATENTE NEI PASSAGGI DI STATO Esistono due tipologie di processi che riguardano il calore latente. 1. processi endotermici, sono i processi dove viene richiesto calore dal sistema. 2. processi esotermici, sono i processi che liberano calore nel sistema. I passaggi di stato richiedono 680 cal/g per passare da solido a gassoso e viceversa, mentre il passaggio da liquido a solido sono 600 cal, mentre le altre 80 sono sprecate da solido a liquido. GRADIENTI TERMICI IN ATMOSFERA I gradienti termici sono le variazioni di temperatura che avvengono in un massa in due punti lungo la stessa direzione. Esistono diverse tipologie di gradienti termici. 1. gradienti termico adiabatico; è la variazione di temperatura a quote differenti di una massa d’aria, senza scambi di calore o materia. Nelle reazioni adiabatiche non vi è variazione entropica PV=nRT Pressione x volume= quantità di sostanza x costante dei gas x temperatura assoluta. R= costante universale dei gas, è il lavoro che 1 mole di gas compie quando si espande in seguito all’aumento di temperatura pari ad 1 kelvin alla pressione P=1 atm. R=8,314 J/mol CALO DELLE TEMPERATURE ALL’AUMENTO DELLA QUOTA Al salire di quota vi è un calo delle temperature. Questo calo è dovuto alla diminuzione della pressione atmosferica e alla diminuzione di concentrazione dei gas serra, così facendo cala la capacità dell’atmosfera di assorbire calore. TIPI DI GRADIENTI TERMICI 1. gradiente termico adiabatico secco. Avviene in una massa d’aria secca, l’aria di raffredda di 1°C ogni 100 metri di salita. 2. Gradiente termico adiabatico umido. Avviene in masse d’aria umide, mentre la massa d’aria sale il vapore  acqueo condensa e l’aria si raffredderà più lentamente. Il raffreddamento è di 0,6°C per 100m. 3. gradiente termico adiabatico: è l’effettiva variazione di temperatura a quote diverse di un dato luogo. TROPOSFERA, il limite superiore è la tropopausa, dipende da latitudini e stagione. Lo strato di troposfera è più potente all’equatore piuttosto che ai poli, questo è dovuto alla forza centrifuga, ed altri fattori dinamici (cioè l’alta temperatura all’equatore e l’innalzamento delle masse più calde). La temperatura varia dai 15°C ai -54°C circa. Il valore medio del gradiente verticale è di 6,4°C/km. Il gradiente adiabatico umido è di 0,6°C/100m, perchè il 99% del vapore acqueo si trova nella troposfera. La diminuzione della temperatura con la salita di quota è dovuto dalla presenza di vapore acqueo e dalla presenza del pulviscolo, che comportandosi da nucleo di condensazione intercetta la radiazione solare in entrata. STRATOSFERA, dai 16 ai 50km, il termine è la stratopausa. Qui si incontra l’innalzamento della temperatura da circa -50°C a 0°c. L’atmosfera viene riscaldata a causa dell’assorbimento dei raggi ultravioletti e dalla presenza della ozonosfera. OZONOSFERA, si trova circa tra i 25 e i 35 km. E’ presente quando la concentrazione chimica dell’atmosfera è ricca di O2. CICLO DI PRODUZIONE DI AZOTO STRATOSFERICO 1. O2 assorbe energia 2. O atomico reagisce con O2, producendo O3. 3. O3 assorbe UVB. 4. possibilità di reazione tra O3 e O, con la produzione di 2O2. MESOSFERA, tra 50-80 km, il termine superiore è alla mesosfera. Qui si incontra l’abbassamento della temperatura, si raggiungono le temperature più basse dell’atmosfera, fino anche a -90°C. Qui finiscono i viaggi delle stelle cadenti. TERMOSFERA, dagli 80-500/600 km Qui si incontra l’innalzamento delle temperature fino anche ai 1500°C. La temperatura della termosfera non è misurabile e viene teorizzata con esperimenti di laboratorio sulla velocità delle particelle. ESOSFERA, 500/600-10 000 km, termina alla fascia interna di Van Halen. E’ la porzione più esterna dell’atmosfera ed è estremamente rarefatta. Non sono presenti rotazioni ma movimenti balistici, alcuni atomi sono in movimento mentre altri sono immobili. L’esosfera viene trattenuta attorno al pianeta dalla forza di gravità. IONOSFERA, dai 60/80-1000 km E’ caratterizzata dalla presenza di ioni. Gli ioni sono elettroni che hanno abbandonato l’atomo portando con sè la loro carica negativa. Gli elettroni si muovono combinandosi con le radio onde, e sono responsabili della riflessione delle onde radio. SOLE Il Sole è la stella del nostro sistema solare, è una nana gialla, ha un diametro di 1 400 000km, apparente dalla Terra è di 32’. Come tutte le stelle emette luce propria, questa luce si genera grazie alle reazioni nucleari che avvengono nel nucleo tra H ed He. Queste reazioni sono di fusione nucleare. H+H→He+energia La densità è di 1,4g/al centimetro cubo, circa ¼ della densità terrestre. La temperatura superficiale è di 6 000°C. Mentre la pressione al centro è 1 miliardo di atmosfere. STRUTTURA DEL SOLE Il Sole è diviso in tre sezioni principali: 1. il nucleo, dove avvengono le reazioni nucleari 2. la zona radiativa, dove il calore e l’energia si propagano per radiazione 3. zone convettiva, la zona superficiale, dove calore ed energia hanno moti convettivi Per rendere compatibile l’alta pressione e la bassa densità si è stimata una temperatura interna al nucleo di circa 15M di gradi. La radiazione prodotta dal Sole è prettamente costante con un’oscillazione con cicli di 11 anni. La costante solare al limite della termopausa è di 1316 W/al metro cubo. RADIAZIONE SOLARE L’energia che viene prodotta dalle reazione tra H ed He viene trasmessa tramite radiazioni elettromagnetiche. La trasmissione nello spazio avviene tramite onde a diversa lunghezza (spettro). Le onde elettromagnetiche viaggiano alla velocità della luce, cioè 300 000 km/s, con questa velocità la radiazione colpisce la Terra in 8’ 20’’, normalmente arrotondato a 8 minuti e mezzo, questo dato viene dato dalla distanze Terra-Sole, cioè 150 milioni di km L'energia prodotta nel nucleo viene convogliata verso la superficie prima per conduzione e poi per moti convettivi. SPETTRO ELETTROMAGNETICO 1. raggi gamma 2. raggi x 3. ultravioletto 4. visibile 5. infrarossi 6. radio onde La radiazione elettromagnetica si propaga tramite onde elettromagnetiche. Queste onde si formano dalla propagazione di un campo elettrico e di un campo magnetico tra loro perpendicolari. Qualsiasi corpo celeste produce ed emette radiazioni elettromagnetiche di natura ondulatoria. PARAMETRI DELLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA I parametri principali sono: 1. la lunghezza d’onda, cioè la distanza tra due massimi o due minimi consecutivi. 2. la frequenza, cioè il numero di massimi o minimi nell’unità di tempo, normalmente il secondo. La frequenza è legata strettamente alla lunghezza d’onda frequenza=velocità di propagazione/lunghezza d’onda UNITA’ DI MISURA DELLE RADIAZIONI lunghezza d’onda: 1. Angstrom 2. nanometro 3. micron frequenza: 1. nertz NATURA CORPUSCOLARE DELLE RADIAZIONI E.M. Planck nel 1896 dichiarò che la luce pur essendo composta da onde, si comporta come se fosse composta da particelle. Questo è spiegato dalla composizione particellare della luce, la luce è infatti composta da fotoni. I fotoni sono particelle elementari con comportamento ondulatorio in grado di trasportare una certa quantità di energia. E=hv con h=costante di Planck→6,63x10^-34Jxs Le radiazioni elettromagnetiche sono un flusso di fotoni che si muovono alla velocità della luce nel vuoto. L’energia dei fotoni è legata alla frequenza, mentre l’intensità delle radiazioni è legata alla densità dei fotoni. SPETTRO ELETTROMAGNETICO L’unica differenza tra le onde è l’energia dei fotoni. 1. raggi gamma, fotoni ad energia molto elevata 2. raggi x 3. ultravioletto 4. visibili 5. infrarossi 6. microonde 7. radioonde, fotoni ad energia più bassa L’ammontare di energia che ha un fotone fa sì che si comporti maggiormente come onda o maggiormente come particella. Vi è quello che viene definito un dualismo particella-onda. Con comportamento da particella nei casi ad alta energia, e con comportamento da onda nei casi di bassa energia. SCAMBI DI ENERGIA L’energia radiante del Sole viene assorbita e trasformata in energia termica. L’energia termica viene poi trasferita da un corpo ad un altro. MODALITA’ DI TRASFERIMENTO 1. conduzione termica, la trasmissione di calore avviene all'interno di un corpo dalle zone di temperatura maggiore alla zone di temperature minori. 2. convezione termica, si ha quando un fluido A entra in contatto con un corpo B con temperatura maggiore, il fluido aumenta di temperatura per convezione, si espande, diminuisce du densità e sale, mentre il corpo B diventando più freddo scende verso il basso generando moti convettivi.  3. irraggiamento, è il trasferimento di energia tra due corpi, anche a distanza e nel vuoto, la quantità di energia radiante emessa da un corpo che possiede calore è proporzionato a T^4→ quindi alla quarta potenza della sua temperatura assoluta SCAMBI DI CALORE NON RADIATIVI IN ATMOSFERA 1. per conduzione, 2 corpi o 2 sostanze a diversa temperatura e a contatto si scambiano energia cinetica molecolare, e una parte dell’energia nella sostanza più calda viene trasferita a quella più fredda, in questo scambio non vi è scambio di materia e può essere che la temperatura non cambi. 2. per convezione, è la trasmissione del calore associata ad un trasporto di massa, la materia infatti si sposta. I moti per convezione riguardano solo i fluidi che agiscono da vettori termici. Il fluido a contatto con la superficie calda, si riscalda, aumenta di volume e sale spostato da un altro fluido più denso che arriva in basso. Il meccanismo della convezione può avvenire sia a scala locale che a scala globale. PROCESSI LEGATI ALLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 1. rifrazione, la radiazione viene deviata quando passa da un mezzo ad un altro. 2. riflessione, la radiazione cambia direzione a causa dell’impatto con un materiale riflettente. 3. diffusione ottica, la radiazione si disperde cambiando traiettoria a causa di collisioni. 4. diffrazione, le onde cambiano traiettoria all’incontro di un ostacolo. Nella Terra se si considerano gli scambi energetici, ci si trova in un sistema aperto. L’energia in entrata pareggia l’energia in uscita, creando quindi un equilibrio dinamico con energia costante. Nella Terra se invece si considerano gli scambi di materia ci si trova in un sistema chiuso, la materia viene riciclata dal sistema e i flussi in ingresso e in uscita sono limitati. La radiazione elettromagnetica viene alterata da: 1. materia interstellare, i gas assorbono le radiazioni, mentre le polveri danno vita alla diffusione di fotoni. 2. atmosfera terrestre, il passaggio delle radiazioni attraverso l’atmosfera avviene con delle selezioni su  determinate frequenze in determinati punti dell’atmosfera. 3. corpi celesti Il Sole invia prevalentemente onde corte luminose ed infrarossi. La Terra, soprattutto la sua atmosfera, assorbe le radiazioni, diventando così corpo radiante ed emette onde elettromagnetiche lunghe. Gli infrarossi lontani interessano anche l’atmosfera. TEMPERATURA SUPERFICIALE DELLA TERRA La temperatura rappresenta la trasformazione dell’energia radiante in calore sensibile. Questo varia con i ritmi giornalieri e le stagioni, c’è una variazione tra equatore e poli, e una variazione tra terre emerse ed oceani. Il valore della temperatura annua media sulla superficie è di 13,9°C, anche se dal 2017 vi è un innalzamento della temperatura di 0,8°C, alzando la temperatura a 14,7°C. EFFETTO SERRA L’effetto serra ha un importante impatto sul riscaldamento dell’atmosfera terrestre. L’atmosfera riceve calore tramite un processo indiretto (Sole-Terra-atmosfera), viene quindi attraversata dalle radiazioni. La presenza però di vapore acqueo ed altri gas serra fa in modo che le onde lunghe vengano assorbite riscaldando di conseguenza l’atmosfera. Una parte dell’energia trattenuta si irradia verso il suolo e viene definita controradiazione, un’altra parte si disperde invece in atmosfera. I gas serra agiscono come una copertura che restituisce calore alla Terra, attenuando l’escursione notti-diurna. La resistenza dei vari gas serra in atmosfera dipende dalla loro composizione ed è indipendente dal potenziale di riscaldamento globale (GWP). 1. CO2→ rimane a lungo nell’atmosfera, anche migliaia di anni, e condiziona fortemente il sistema climatico. 2. N2O→ rimane in atmosfera per circa 100 anni, ha un potenziale di riscaldamento globale molto più alto del metano 3. CH4→ rimane in atmosfera per circa 10 anni, ha il GWP più alto della CO2  4. CFC→ rimane tra i 50 e i 150 anni, ha un GWP estremamente elevato in quanto causa lo smantellamento dell’ozono stratosferico. EFFETTO SERRA E CAMBIAMENTO CLIMATICO Dall’inizio dell’era industriale il cambiamento climatico ha subito una crescita repentina. Questo fenomeno è legato al notevole aumento di CO2 in atmosfera, e quindi ad un generalizzato aumento di temperatura in atmosfera. Nel 1960 la concentrazione era di circa 315 ppm, mentre nel 2024 è del 422,17 ppm. E’ comunque possibile stabilire aumenti dei gas serra nel passato, lo studio avviene attraverso l’analisi di minuscole bolle d’aria rimaste intrappolate nei ghiacci. I cambiamenti attuali non sono mai stati registrati prima. Negli ultimi 100 anni si è registrato un aumento della CO2 in atmosfera del +120 ppm a causa delle attività antropiche che coinvolgono la combustione. In questo caso la CO2 emessa in atmosfera è maggiore della CO2 che viene riutilizzata dal sistema Terra. ACIDIFICAZIONE DEGLI OCEANI Un’altro importante fattore del cambiamento climatico è l’acidificazione degli oceani. RADIAZIONE NETTA La radiazione netta è il bilancio tra l’energia entrante a onda corta e l’energia uscente a onda lunga, i dati si misurano al limite della termopausa. Si evidenzia un eccesso di energia nelle zone intertropicali e un deficit di energia nelle zone a medie latitudini. Questo causa un disequilibrio di calore tra equatore e poli, questo disequilibrio comporta la circolazione atmosferica ed oceanica che influenza il sistema climatico. Questo disequilibrio attiva anche il motore termico, con la conversione di energia in moto. INSOLAZIONE DEL GLOBO TERRESTRE E’ la quantità di energia solare che colpisce una superficie esposta alla radiazione solare, consiste quindi nel flusso di radiazione solare in arrivo nell’alta atmosfera. Viene misurata come la quantità di energia sulla superficie in un determinato periodo di tempo→ kWh/(metro quadro al giorno) Il flusso di radiazione viene indicato come W al metro quadrato. L’intensità delle radiazioni dipende dall’angolo di incidenza dei raggi solari e dalla durata dell’esposizione ai raggi. L’angolo di incidenza è minore ai poli e massimo all’equatore. Durata dell’esposizione ai raggi solari: 1. insolazione istantanea, cioè l’inclinazione dei raggi solari ad una determinata latitudine, in un determinato momento dell’anno, in un determinato momento del dì. 2. insolazione giornaliera, è la durata del dì ad una determinata latitudine in un determinato momento dell’anno. Nell’insolazione istantanea il Sole sorge al piano dell’orizzonte e raggiunge il massimo al mezzogiorno solare sul piano del luogo. L’insolazione giornaliera alle latitudini comprese tra i due tropici nel corso dell’anno raggiunge due massimi, per le latitudini comprese tra i tropici e i poli c’è un solo massimo che è raggiunto al solstizio. L’insolazione dipende dall’inclinazione dell’asse terrestre rispetto a Sole e dalla durata del sì. L’inclinazione dell’asse fa variare la declinazione in un intervallo di 47° di latitudine. Le conseguenze sono le differenze nella distribuzione dell’insolazione alle varie latitudini e nelle varie stagioni. Non varia però la quantità di insolazione annua sul globo. La durata del sì nella stagione in cui il percorso apparente del Sole è più alto in cielo è maggiore. COSTANTE SOLARE La costante solare TSI è di 1316 watt al metro quadrato, e rappresenta il flusso di energia emessa dal Sole, su un ipotetica sfera di raggio 150M km e il Sole. L’insolazione medie che però raggiunge la Terra è di 340 watt a metro quadrato, infatti nel lato notturno non vi è nessuna insolazione e nessun irraggiamento. Si deve quindi tenere in considerazione l’angolo di incidenza. Per la radiazione solare media entrante la costante TSI viene divisa per 4. INSOLAZIONE SOLARE LOCALE E’ l’esposizione dei versanti e l’inclinazione del Sole. I raggi solari incidenti hanno sulla superficie terrestre un angolazione differente anche senza trovarsi nella zona intertropicale. BILANCIO DELL’ENERGIA TOTALE Si basa sul bilancio generale delle radiazioni, il suo modello radiativo e sul bilancio termico globale. Il totale della radiazione entrante sul sistema Terra+atmosfera è di 100% onde corte. Però di questa energia: 1. il 4% viene riflesso per diffusione 2. il 20% viene riflesso dalle nubi 3. il 7% viene riflesso dalla superficie terrestre ciò significa che il 31% totale delle perdite avviene per riflessione 1. il 15% viene assorbito, da gas, pulviscolo ect. 2. il 5% viene assorbito dalle nubi ciò significa che il 20% viene assorbito come energia termica nell’atmosfera. Il 49% invece è l’assorbimento delle radiazioni alla superficie. L’assorbimento totale dell'energia entrante nel sistema Terra+atmosfera meno la riflessione è del 69%. Totale radiazione uscente 1. 4% per diffusione 2. 20% per riflessione delle nubi 3. 7% per riflessione del suolo Quindi il 31% del totale perdite è per riflessione. Il 12% del totale delle perdite dirette è a onde lunghe dalla superficie verso lo spazio. Il 57% è totale della radiazione atmosferica verso lo spazio a onde lunghe. Il totale delle radiazioni uscenti dal sistema Terra+atmosfera meno la riflessione è del 69%. L’energia riciclata dal sistema Terra: 49% assorbimento delle radiazioni dal suolo + il 95% contro radiazioni dell’atmosfera = 144% trasferimento alla superficie RISCALDAMENTO L’energia assorbita è 152 unità percentuali. 102 sono l’assorbimento atmosferico della radiazione da Terra, 30 sono il calore latente e sensibile e 20 sono l'assorbimento atmosferico delle radiazioni dal Sole. Al crescere dell’energia riciclata nel sistema maggiore sarà l’energia all’interno del sistema climatico. ALBEDO L’albedo è la differenza di quantità di riflessioni a seconda dei vari terreni superficiali, quello con riflessione superiore è la neve fresca, quello con riflessione minore è la foresta. PARAMETRI DELL’ATMOSFERA I parametri dell’atmosfera sono: 1. temperatura 2. umidità 3. pressione TEMPERATURA E’ la misura dell’energia cinetica, cioè la traslazione media delle molecole di un corpo. Si misura tramite i termometri. Esistono tre tipologie principali di energia cinetica: 1. bending 2. stretching 3. stretching asimmetrico Le scale termiche per la misurazione della temperatura sono: 1. Celsius, T°F=32+9/5T°C 2. Fahrenheit, T°C=5/9 (T°F-32) 3. assoluta, K=°C+273,15 TERMOMETRI Esistono diverse tipologie di termometri che si sono evoluti nel corso dei secoli. Termometri meccanici, che si dividono in a molla, a lamina bimetallica e termografo. Termometri a bulbo, che indicano una temperatura massima e minima. Termometri elettronici, che possono essere analogici, costruiti con un sensore che fa da trasduttore di un segnale analogico di temperatura in un segnale analogico di tensione elettrica. Termometro elettronico digitale, che trasforma il segnale analogico in un segnale digitale. La temperatura ha un andamento diverso in zone continentali e costiere. Le terre e i mari hanno comportamenti diversi. Le terre vengono riscaldate rapidamente e intensamente dalla radiazione solare. I mari, invece, vengono riscaldati lentamente e in maniera moderata, questo a causa della trasparenza, del rimescolamento, dell’evaporazione e del calore specifico. CARTE DELLE ISOTERME ISOTERME, sono linee che uniscono punti con equivalenti valori di temperatura. Esistono centri di minima temperatura, durante il mese di gennaio in Siberia, Canada e Groenlandia. I centri invece di massima temperatura sono durante luglio in Africa settentrionale, Stati Uniti SW e Asia meridionale. I centri permanenti di basse temperature sono in Antartide e in Groenlandia. Le linee di iso amplitude vengono rappresentate in carte ed indicano i punti con uguale escursione termica annua, congiungendoli. CICLO IDROGEOLOGICO DELL’ACQUA umidità atmosferica: L’acqua è l’unico componente dell’atmosfera presente nei tre stati della materia e può subire trasformazioni di stato. VAPORE Il vapore è l’acqua allo stato gassoso contenuto in modo variabile. La quantità di vapore acqueo in un volume d’aria influenza anche la pressione di vapore. La quantità di vapore in un dato volume d’aria dipende dalla temperatura dell’aria. Un sistema è saturo quando contiene la massima quantità di vapore. L’aria fredda contiene una quantità ridotta di vapore, a maggiore T si ha una quantità massima di vapore acqueo. UMIDITA’ ASSOLUTA E’ la massa di vapore acqueo contenuto in un volume UA: massa vapore/V UMIDITA’ SPECIFICA Rapporto massa vapore e massa totale dell’aria QS= massa vapore/massa totale aria UMIDITA’ RELATIVA Rapporto percentuale tra la quantità di vapore acque effettivo presente in una massa d’aria e la quantità massima di valore che le stessa quantità d’aria può contenere. UR=UA/UAmax x 100 PUNTO DI RUGIADA La temperatura del punto di rugiada si dice anche dew point→ temperatura di condensamento. La temperatura critica è il limite alla condensazione, è la temperatura alla quale l’aria è satura di vapore acqueo e corrisponde alla saturazione del vapore, cioè al punto di rugiada. E’ un ulteriore modo di descrivere l’umidità assoluta dell’aria una volta nota la quantità di vapore nelle masse d’aria. PUNTO DI SATURAZIONE UAmax→ g/ metri cubi UMIDITA’ ASSOLUTA grammi al metro cubo UMIDITA’ RELATIVA percentuale UMIDITA’ SPECIFICA DEL PUNTO DI SATURAZIONE grammo al chilogrammo UMIDITA’ SPECIFICA grammo al chilogrammo UMIDITA’ RELATIVA percentuale PUNTO DI RUGIADA °gradi Con un abbassamento della temperatura si ha un abbassamento del punto di saturazione ed un aumento dell’umidità relativa UR→ U.A./punto di saturazione UR→ umidità specifica/US del punto di saturazione L’umidità relativa è il rapporto tra la quantità di vapore acqueo effettivo presente nell’aria e la quantità massima che può essere contenuta. A parità di condizioni bariche le variazioni di umidità relativa hanno due principali motivazioni: 1. immissione di vapore acqueo 2. variazioni di temperatura MISURA DELL’UMIDITA’ RELATIVA L’umidità relativa si misura attraverso: 1. l’igrometro, un sensore di rilevamento meccanico dell’umidità 2. l’igrografo, la rappresentazione dei dati dell’igrometro 3. igrometri elettronici, sono sensori basati su diversi materiali, misurando le variazioni in proprietà fisiche, chimiche ed elettriche in relazione all’umidità relativa. 4. igrometro analogico, sensore che fa da trasduttore di un segnale analogico di umidità relativa, è il segnale analogico di una tensione elettrica 5. igrometri digitali, trasformano il segnale analogico, trasformandolo in segnale digitale tramite un circuito chip. MISURA DELL’UMIDITA’ RELATIVA E DEL PUNTO DI RUGIADA 1. Psicrometro, misura la differenza tra un termometro a bulbo asciutto e uno a bulbo bagnato. L’evaporazione fa abbassare la temperatura del termometro bagnato. Viene così determinata l’umidità relativa tramite una serie di tabelle psicrometriche. PRODOTTI DELLA CONDENSAZIONE DEL VAPORE ACQUEO → nubi, nebbia e rugiada L’acqua presente nell'atmosfera tende all’evaporazione e alla sua trasformazioni in vapore acqueo. L’evaporazione è l’assorbimento di calore ed è per questo un processo endotermico. Quando invece il vapore acqueo condensa e torna ad essere acqua libera il calore, per questo si tratta di un processo esotermico. CONDENSAZIONE La condensazione è il raffreddamento di una massa d’aria, questo viene causato dal contatto con corpi freddi, per irraggiamento, rimescolamento dell’aria più fredda, l’ascesa di una massa d’aria. L’ascesa in una massa d’aria, significa che: la massa d’aria si espande perchè soggetta a pressioni minori, si raffredda senza scambi di calore con l’ambiente esterno. Per questo motivo si tratta di un processo adiabatico. Le variazioni adiabatiche di temperatura in una massa d’aria possono essere di tre tipi: 1. gradiente verticale di temperatura dell’ambiente→ 0,65°C/100 m 2. gradiente verticale adiabatico umido→ 0,6°C/100m, con condensazione 3. gradiente verticale adiabatico secco→ 1°C/100m, senza condensazione. NUBI Le nubi sono costituite da gocce d’acqua in sospensione o da aghi di ghiaccio in sospensione e nuclei di condensazione. La classificazione delle nubi avviene per: forma 1. stratiformi, nuvole estese 2. cumuliformi, nuvole raggruppate La classificazione può avvenire anche in base alla quota: 1. a1lta quota; cirri, cirrostrati, cirrocumoli 2. media quota, altostrati, altocumuli 3. bassa quota, strati, stratocumuli, cumuli, nembostrati, cumulonembi, gli ultimi due sono normalmente associati ai fenomeni di precipitazioni. CUMULI DEL BUON GIORNO Di giorno sono dovuti ai moti convettivi della bassa troposfera, la parte inferiore è piatta e si sviluppano in altezza. CUMULONEMBO Celle temporalesche alla base. Si sviluppano in altezza nella stratosfera, sono caratterizzati da moti convettivi violenti che coinvolgono la troposfera. La parte superiore è piatta, in quanto l’aria risulta bloccata dall’inversione termica della stratosfera. Il braccio sottovento risulta allungano. La testa dell’incudine si trova sottovento, quando è allungata i temporali tendono ad essere meno violenti al suolo mentre se è arcuata tendono ad essere più violenti. NEBBIA La nebbia è una nube stratiforme disposta molto vicino al suolo, costituita da gocce di acqua con diametro ridotto condensate attorno ai nuclei di condensazione. 1. La nebbia può essere da irraggiamento, quando il terreno dopo il tramonto irradia calore e si raffredda, il raffreddamento rapido provoca una divisione tra le zone più vicine e più lontane dal suolo. L’aria raffreddata raggiunge il punto di rugiada e si ha condensazione. Si forma la sera e in regime anticiclonico, in quanto le nubi ridurrebbero l’irradiazione del Sole. 2. nebbia da avversione, quando lo scorrimento di una massa d’aria umida e relativamente più calda su una superficie più fredda. Come avviene con correnti marine o sulla costa. 3. nebbia da evaporazione, quando l’aggiunta di vapore acqueo in una massa di aria più fredda e secca. per esempio sui laghi. DIFFERENZA TRA NUBI E NEBBIA Entrambi i fenomeni si formano per condensazione ma la nebbia si forma solo al livello del suolo. Il raffreddamento che genera le nubi è spesso legato a moti ascendenti, la nebbia è invece legata all’inversione termica al suolo. Le goccioline di acqua della nebbia sono mediamente più piccole di quelle della pioggia. RUGIADA Si forma solo in assenza di nubi e vento. I fenomeni legati alla rugiada sono l’accumulo presso il suolo di masse d’acqua, il rallentamento del riscaldamento diurno e il ritardo nel raffreddamento notturno. BRINA La brina sono gocce di rugiada che si depositano per condensazione e cristallizzano sulle superfici. Per le basse temperature, dove T=0°C, U.R. è elevata mentre c’è poco vento. GALAVERNA Con T