I.T.C. A.Cezzi De Castro – Maglie
“RIVEDIAMOCI… A SCUOLA”
LA COSMOSFERA
SCIENZE INTEGRATE
Maria Rosaria DE CAGNA
LA COSMOSFERA
PREMESSA
Gli astronomi dell‟antichità pensavano che le stelle che brillano in cielo fossero
appese ad una sfera solida, la volta celeste. Questa sfera solida per loro
racchiudeva tutto l‟Universo con la Terra al centro.
Oggi sappiamo che le cose stanno in maniera molto diversa da così. La sfera
solida non esiste e i “puntini luminosi” visibili in cielo non sono tutti alla stesa
distanza da noi.
Chiamiamo corpi celesti tutti gli “oggetti” che si
trovano e vediamo in cielo.
Tra essi distinguiamo
le stelle: che brillano di luce propria.
i pianeti: corpi celesti opachi che ci appaiono
luminosi in quanto riflettono una parte della luce
che gli arriva da una stella.
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Maria Rosaria DE CAGNA
LA COSMOSFERA
PREMESSA
La maggior parte degli oggetti luminosi che vediamo in cielo è
estremamente lontana da noi e per poter esprimere queste distanze
cosmiche si sono introdotte nuove unità di misura:
 l‟unità astronomica (U.A.): corrisponde alla distanza media Terra-Sole
e pari a 149.600.000 km
 l‟anno luce (a.l.): corrisponde alla distanza percorsa dalla luce in un
anno ed è pari a 9463 miliardi di km
(infatti la luce viaggia nel vuoto ad una velocità di 300 000 km/s e quindi
in un anno percorrerà 9463 miliardi di km)
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Maria Rosaria DE CAGNA
LA COSMOSFERA
STELLE
LE STELLE
Le stelle sono grossi globi gassosi, composti soprattutto da
idrogeno ed elio.
I gas che costituiscono le stelle si trovano a temperature così elevate
che sono completamente ionizzati, cioè non formati da atomi e molecole
come sulla Terra ma composti solo dai nuclei, perché hanno perso i loro
elettroni.
La materia nelle stelle è quindi formata da nuclei di idrogeno ed elio
(soprattutto) ed elettroni liberi. In questo stato prende il nome di plasma
ed è in grado di emettere una grande quantità di energia in tutte le
direzioni sottoforma di luce, calore e altre radiazioni.
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LA COSMOSFERA
STELLE
Cos’è che rende la temperatura della “materia” delle stelle così elevata?
Nella parte centrale di ogni stella (con temperature pari a milioni di gradi
centigradi e pressioni che superano il miliardo di atmosfere) si hanno
reazioni di fusione nucleare che trasformano i nuclei di idrogeno in
nuclei di elio producendo enormi quantità di energia.
Parte di questa energia è responsabile delle temperature così elevate,
parte dell‟energia è liberata nello spazio sottoforma di luce.
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LA COSMOSFERA
STELLE
Caratteristiche fondamentali delle stelle sono:
 Luminosità
 Colore
 Temperatura
LUMINOSITA‟ DELLE STELLE
I motivi per cui alcune stelle ci appaiono più luminose di altre sono due:
 La stella emette più o meno luce
 La stella è più o meno lontana.
Partendo da tale considerazione possiamo distinguere una
luminosità (o magnitudine) apparente
luminosità (o magnitudine) assoluta
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LA COSMOSFERA
STELLE
Magnitudine apparente
La magnitudine apparente è un modo di esprimere la luminosità di una
stella per come appare ai nostri occhi, indipendentemente dalla distanza
a cui si trova.
• Nell‟antichità l‟astronomo greco Ipparco aveva suddiviso i valori della
luminosità relativa in sei ordini: nel primo ordine rientravano le stelle
più luminose, nel sesto le stelle a stenti percepibili nel cielo buio.
• Oggi la luminosità non è più misurata ad occhio nudo, ma con un
apparecchio chiamato fotometro fotoelettrico e grazie a queste misure
più accurate si sono individuate delle stelle molto più luminose di quelle
che in antichità erano inserite nel primo ordine: si sono così introdotte
la magnitudine zero e le magnitudini negative.
Ad ogni modo la classificazione è stata resa uniforme facendo
corrispondere a ogni grado una differenza di luminosità rispetto al
grado precedente di 2,5 volte: una stella di magnitudine 1 è 2,5 volte
più luminosa di una stella di magnitudine due e 2,52 volte di una stella
di magnitudine 3, ecc.
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LA COSMOSFERA
STELLE
Magnitudine assoluta
La magnitudine assoluta è un modo di esprimere la luminosità di una
stella in base alla luce che essa effettivamente emette e si calcola
conoscendo la distanza a cui è posta da noi.
In questa maniera la magnitudine assoluta esprime la luminosità che
avrebbero le stelle se fossero poste tutte alla stessa distanza dalla Terra
(a 32,6 anni luce da noi).
Esempio: il sole a noi appare luminosissimo, ma se si trovasse a 32, 6 anni luce
da noi ci apparirebbe un piccolo puntino luminoso, molto meno luminoso di altre
stelle ben più lontane da noi.
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LA COSMOSFERA
STELLE COLORE E TEMPERATURA
Osservando il cielo con un telescopio, le stelle, che ad
occhio nudo ci sembrano grossomodo dello stesso
colore, ci appaiono di colori differenti: rosso,
arancione, giallo, bianco, azzurro.
Il colore di una stella dipende dalla sua temperatura
superficiale: le rosse sono le più fredde, le azzurre le
più calde.
In base alle temperature superficiali le stelle sono
state divise in 7 classi spettrali indicate con sette
lettere dell‟alfabeto
Nota:
nel Sistema Internazionale le temperature sono
misurate in Kelvin.
K= °Celsius +273,35
nella scala Kelvin la temperatura di fusione del
ghiaccio è 273,35 e la temperatura di ebollizione
dell‟acqua è 373,35
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LA COSMOSFERA
STELLE
DIAGRAMMA H-R
L‟astronomo danese Ejnar Hertzsprung e l‟americano Henry Russel hanno avuto
l‟idea di rappresentare in un grafico la luminosità delle stelle in funzione della
temperatura. Questo grafico prende da loro il nome: diagramma H-R (dalle iniziali dei
loro cognomi)
In questo diagramma le stelle sono state collocate in base alla loro luminosità
assoluta e temperatura superficiale.
 La maggior parte delle stelle si colloca in
quella che è definita “sequenza principale” che
corrisponde alla diagonale del diagramma, dalla
regione in alto a sinistra a quella in basso a
destra (tra esse c‟è il sole)
 Ci sono poi due gruppi di stelle che sono al
di sopra della sequenza principale: le giganti e
le supergiganti (hanno temperature simili alle
stelle della sequenza, ma hanno una luminosità
più elevata perché hanno una superficie più
estesa)
 E c‟è un gruppo di stelle al di sotto della
sequenza principale: le nane bianche (hanno
temperature simili alle stelle della sequenza, ma
hanno una bassa luminosità perché hanno
piccole dimensioni).
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LA COSMOSFERA
STELLE
Ai nostri occhi le stelle sembrano immutabili, in realtà esse
cambiano nel tempo seguendo un ciclo che possiamo chiamare
“vita di una stella”:
1. nascono
2. vivono e si evolvono
3. muoiono.
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LA COSMOSFERA
STELLE
Nascita di una stella
NEBULOSA
PROTOSTELLA
STELLA
1.
Le stelle nascono all‟interno di nebulose, ammassi di polveri e gas che possono
diventare luminosi se una stella a loro vicina li illumina.
2.
In alcune zone della nebulosa le particelle di materia sono particolarmente
concentrate ed iniziano ad attrarsi (grazie alla forza gravitazionale) formando
nuclei di addensamento in rotazione che, contraendosi, costituiscono la
protostella.
3.
Le particelle che costituiscono la protostella si avvicinano sempre più e la
regione interna a causa della compressione raggiunge temperature elevatissime
così che possono iniziare le reazioni di fusione nucleare: si è formata una stella.
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LA COSMOSFERA
STELLE
Vita ed evoluzione di una stella
Nel primo periodo della sua vita una stella è caratterizzata da una certa instabilità,
dopo di che si raggiunge un equilibrio tra la tendenza all‟espansione dovuta
all‟energia liberata dalle reazioni nucleari e la tendenza alla contrazione dovuta alla
forza di gravità. La stella a questo punto resta stabile per un certo periodo più o
meno lungo ed è definita “adulta”.
Morte di una stella
Avviene in più tappe e può seguire due strade differenti a seconda della massa
iniziale della stella.
Ad un certo punto della vita della stella (miliardi di anni), si esaurisce l‟idrogeno e
terminano le reazioni di fusione nucleare dell‟idrogeno.
Inizia una nuova fase di instabilità della stella che si trasforma in gigante rossa (il
suo volume è maggiore, la temperatura diminuita e il colore rosso)
A questo punto il destino della gigante rossa dipenderà dalla
massa iniziale della stella.
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LA COSMOSFERA
STELLE
Se la massa iniziale è simile o di poco inferiore a quella del Sole:
la gigante rossa perde i gas che la circondano e resta solo la parte centrale, calda
e bianca che forma la nana bianca.
La nana bianca con il tempo diviene un corpo freddo ed opaco trasformandosi in
nana nera.
Se la massa iniziale è molto più grande di quella del Sole:
la gigante rossa va incontro ad un‟esplosione generando una supernova.
Dopo l‟esplosione il nucleo centrale continua la sua evoluzione e a seconda della
massa si trasforma in stella di neutroni o in buco nero (corpi di densità
elevatissima)
Nota: in particolare il buco nero è più denso di una stella i neutroni e la sua attrazione
gravitazionale è così elevata che non permette nemmeno alla luce di allontanarsi.
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LA COSMOSFERA
STELLE
Tutto ciò che vediamo di notte costituisce la cosiddetta volta celeste
Per orientarsi sulla volta celeste si utilizzano gli stessi sistemi di riferimento che
sono sulla Terra: meridiani e paralleli celesti.
 Il polo nord celeste è la proiezione sulla volta celeste del
polo nord terrestre e cade quasi esattamente su una piccola
stella che assume una grande importanza come punto di
riferimento: la stella polare.
 Il polo sud celeste è la proiezione sulla volta celeste del
polo sud terrestre e si trova dalla parte opposta rispetto al
polo nord celeste.
 L'equatore celeste è la proiezione sulla volta celeste
dell'equatore terrestre e divide la volta celeste in due
emisferi.
Infine sulla volta celeste si può individuare una
circonferenza: l'eclittica, che taglia obliquamente l'equatore
celeste e coincide con il piano dell'orbita terrestre.
Essa è la linea immaginaria che il Sole, nel suo moto
apparente attorno alla Terra sembra percorrere durante
l'anno
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LA COSMOSFERA
STELLE
Costellazioni:
Lo studio della sfera celeste risulta più semplice se essa è suddivisa in aree che si
possono distinguere.
Gli antichi, per facilitare il riconoscimento delle varie regioni della volta celeste,
consideravano le stelle più brillanti vicine tra loro come vertici di figure e questi
raggruppamenti convenzionali tra le stelle sono chiamate costellazioni.
I greci avevano inventato dei miti con cui spiegavano
l‟esistenza delle costellazioni utili all‟orientamento
notturno e ancora oggi si fa riferimento alle
costellazioni stabilite da loro (esempio stella Polare
che fa parte dell‟Orsa Minore indica il Nord)
Le costellazioni oggi identificate sono 88: alcune
visibili solo dall‟emisfero boreale, altre solo da quello
australe, altre ancora (quelle che occupano la fascia
equatoriale celeste) da entrambi.
Nota:
Abbiamo parlato dell‟eclittica e del moto apparente del Sole attorno alla Terra.
Ogni mese il Sole nel suo moto apparente sorge o tramonta nei pressi di una
delle dodici costellazioni del cosiddetto zodiaco (“circolo di animali”).
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LA COSMOSFERA
LE GALASSIE
GALASSIE
Le stelle nel cielo si uniscono in enormi ammassi, dette
galassie: enormi ammassi costituiti da milioni o miliardi di
stelle e da una grande quantità di gas e polveri.
L‟Universo contiene almeno un miliardo
di galassie che sono state classificate
sulla base della loro forma in: sferiche,
ellittiche, irregolari, a spirale e a spirale
barrata.
STELLE
GALASSIE
AMMASSI
SUPERAMMASSI
Le galassie più vicine tendono a raggrupparsi in ammassi (es. Gruppo Locale)
costituiti da più galassie che si attraggono reciprocamente grazie alla forza di
gravità.
Gli ammassi di galassie a loro volta formano i cosiddetti superammassi.
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LA COSMOSFERA
GALASSIE
VIA LATTEA
La nostra Galassia è la Via Lattea
Nome: È stata chiamata così dagli antichi
per il suo aspetto lattiginoso.
Struttura: è formata da più di cento
miliardi di stelle, da polveri e gas
(soprattutto idrogeno)
Forma: a spirale barrata. È un disco
ellittico appiattito con un rigonfiamento
(nucleo galattico) particolarmente denso di
stelle nella parte centrale, da cui partono
alcuni lunghi bracci a spirale che lo
avvolgono.
Caratteristiche:
• Ruota su se stessa attorno all‟asse che passa per il suo centro
impiegando 250 milioni di anni per compiere un giro completo (ed
anche il Sole e il suo sistema ruotano attorno al nucleo galattico)
• Insieme ad una trentina di Galassie vicine forma un ammasso definito
“Gruppo Locale”.
Il sistema Solare occupa una posizione periferica nella Galassia
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LA COSMOSFERA
UNIVERSO
ORIGINE DELL‟UNIVERSO
La teoria più accreditata è la Teoria del Big Bang
(= grande esplosione)
Presupposti:
L‟Universo è in continua espansione e le galassie si
allontanano le une dalle altre.
Questo ha portato gli scienziati a pensare che all‟origine tutta la
materia che formava l‟Universo fosse contenuta in uno spazio
infinitamente piccolo (singolarità iniziale, in cui il tempo e il
volume erano uguali a zero e la densità infinita)
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LA COSMOSFERA
UNIVERSO
TEORIA DEL BIG BANG
Circa 15 miliardi di anni fa si ebbe un‟enorme esplosione e questa singolarità iniziale iniziò ad
espandersi.
Un secondo dopo la grande esplosione si formarono le particelle nucleari: protoni, elettroni e
neutroni. La temperatura e la densità iniziarono man mano a ridursi.
Circa 100 secondi dopo la grande esplosione si formarono i nuclei degli elementi più leggeri
(idrogeno, litio ed elio)
Circa 300 000 anni dopo la grande esplosione si formarono gli atomi degli elementi leggeri e
successivamente anche gli atomi degli elementi più pesanti.
Circa 1000000 di anni dopo la grande esplosione le radiazioni luminose che prima erano
riassorbite immediatamente una volta emesse, facendo apparire tutto opaco, iniziarono a
propagarsi nell‟Universo.
Miliardi di anni dopo la grande esplosione si formarono le galassie e le stelle.
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LA COSMOSFERA
UNIVERSO
TEORIA DEL BIG BANG
In parole più semplici, all‟origine, tutto ciò che ora costituisce
l‟Universo era racchiuso in uno spazio infinitamente piccolo. In
seguito alla grande esplosione la materia formata è stata
scagliata in ogni direzione e poi un po‟ alla volta si è
“condensata” in galassie, ammassi, stelle e pianeti.
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LA COSMOSFERA
UNIVERSO
PRESENTE E FUTURO DELL‟UNIVERSO
 L‟espansione dell‟Universo iniziata con il Big Bang è
continuata e continua nel tempo.
 Per il futuro le ipotesi proposte prevedono o che l‟Universo
continui ad espandersi indefinitamente o che ad un tratto
smetta d‟espandersi e inizi a contarsi.
Dati recenti hanno suggerito che l‟espansione nel
tempo ha iniziato ad accelerare anziché rallentare, ma la
causa di ciò non è ancora nota.
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LA COSMOSFERA
SISTEMA
SOLARE
SISTEMA SOLARE
Il Sistema Solare è l‟insieme dei corpi celesti che ruotano intorno alla
stella Sole
Origine: laddove oggi troviamo il Sistema Solare circa 5 miliardi di anni fa una
grande nube interstellare di gas e polvere, probabilmente originata dall‟esplosione
di una supernova, ruotava lentamente su se stessa.
Nel corso del tempo a causa di una serie di perturbazioni, la materia che costituiva
tale nube iniziò a spostarsi verso il centro e ad addensarsi, attraendo altra materia e
accrescendosi sempre più.
Alla fine di questo processo:
• la maggior parte della materia si era spostata verso il centro raggiungendo la
densità e la temperatura adatte alla nascita di una nuova stella: il Sole.
• Il resto della materia, trattenuto dalla forza di gravità, è rimasto in rotazione
intorno alla nuova stella e aggregandosi ha dato origine a pianeti e satelliti.
• Alcuni aggregati, troppo piccoli per formare pianeti e satelliti, rimasero separati e
dispersi nello spazio formando gli asteroidi, ma anche comete e meteore.
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LA COSMOSFERA
SISTEMA
SOLARE
Il Sole, otto pianeti e i loro satelliti, le comete, gli asteroidi e le meteore
che ruotano attorno al Sole costituiscono il Sistema Solare.
sistema
geocentrico
II secolo d.C. – Tolomeo (astronomo di
Alessandria
d‟Egitto)
–
sistema
geocentrico. Descrizione del sistema
solare che prevedeva la Terra al centro
dell‟universo e il Sole e tutti gli altri
pianeti in rotazione attorno ad essa.
sistema
eliocentrico
XVI
secolo
d.C.
–
Copernico
(astronomo
Polacco)
–
sistema
eliocentrico. Descrizione del sistema
solare che poneva il Sole al centro e
attorno ad esso i pianeti.
Contributo fondamentale all‟affermazione del sistema eliocentrico fu dato da
Galileo Galilei, che con l‟uso del telescopio, effettuò osservazioni che misero
definitivamente in crisi la teoria geocentrica.
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LA COSMOSFERA
MOTO DEI
PIANETI
IL MOTO DEI PIANETI:
Oggi sappiamo che i pianeti percorrono intorno al Sole delle
orbite ellittiche.
L‟ellisse è un cerchio un po‟ schiacciato, che
non ha un centro ma due fuochi, che
rendono l‟ellisse tanto più schiacciata
quanto più sono lontani.
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LA COSMOSFERA
MOTO DEI
PIANETI
Alla conclusione che i pianeti percorrono orbite ellittiche arrivò
l‟astronomo tedesco Giovanni Keplero, che formulò tre leggi sul moto
dei pianeti:
Prima Legge
I pianeti percorrono un’orbita ellittica attorno al Sole, che occupa uno
dei due fuochi.
Conseguenza:
il pianeta non si trova sempre alla stessa distanza dal sole, ma esiste un punto
dell‟orbita in cui sarà alla distanza massima (afelio) e un punto dell‟orbita in cui
sarà alla distanza minima (perielio).
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LA COSMOSFERA
MOTO DEI
PIANETI
Seconda Legge
Immaginando che il pianeta, ruotando attorno al Sole, descriva
un’area, il pianeta descrive aree della stessa grandezza negli stessi
tempi
Conseguenza:
i pianeti non percorrono la loro orbita con velocità uniforme, ma si spostano
tanto più velocemente quanto più sono vicini al sole (velocità massima al
perielio, minima all‟afelio)
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LA COSMOSFERA
MOTO DEI
PIANETI
Terza Legge
Il quadrato del tempo necessario ad un pianeta per compiere l’intero
giro attorno al Sole è proporzionale al cubo della sua distanza media
dal Sole.
Conseguenza:
quanto più è distante dal Sole un pianeta, tanto più lentamente si sposta sulla
sua orbita
Keplero ha descritto in maniera accurata i moti dei pianeti, ma non ha individuato
le cause che li generano.
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LA COSMOSFERA
MOTO DEI
PIANETI
Lo scienziato inglese Newton nel XVII secolo formulò una legge che
descrive le cause dei moti basandosi sulle caratteristiche dei corpi
celesti:
Legge di gravitazione universale
Descrive il moto di ogni oggetto dell‟Universo e identifica la sua
origine nella forza di attrazione reciproca esercitata dai corpi celesti,
detta forza di attrazione gravitazionale:
(massa del Sole x massa del pianeta)
(distanza del pianeta dal Sole)2
In parole semplici la forza che tiene in rotazione i pianeti intorno al
Sole aumenta con la massa dei corpi e diminuisce all‟aumentare della
distanza.
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LA COSMOSFERA
SISTEMA
SOLARE
Il Sistema Solare abbiamo detto che è composto
dal Sole e da
 Otto pianeti
 Satelliti
 Asteroidi
 Comete e meteore
 Masse di polveri e gas
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LA COSMOSFERA
SOLE
SOLE
È una stella, cioè un corpo celeste che brilla di luce propria e come
tutte le stelle è formato per il 75% da idrogeno e per il 25% da elio; sono
presenti inoltre tracce di ossigeno, carbonio e azoto.
Le caratteristiche del sole
Distanza media dalla Terra
Raggio
Massa
Densità media
Temperatura media
Temperatura interna
Pressione interna
Accelerazione di gravità
150 milioni di km
700 mila km (110 volte quello terrestre)
2 x 1030 kg (330 mila volte quella terrestre)
1,41 (circa ¼ di quella terrestre)
5500 °C
15 milioni di °C
400 miliardi di atmosfere
275 m/s2 (28 volte quella terrestre)
Nota:
Massa = quantità di materia contenuta in un corpo
Densità= grandezza fisica che indica la quantità di materia
contenuta in un volume di riferimento.
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LA COSMOSFERA
SOLE
Ha una struttura a strati:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Nucleo
Zona radiativa
Zona convettiva
Fotosfera
Cromosfera
Corona
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LA COSMOSFERA
SOLE
Nucleo: è il cuore del Sole, dove
avvengono le reazioni di fusione
nucleare e ha origine l‟energia
solare
Zona radiativa e convettiva: zone intermedie che permettono la
trasmissione dell‟energia dal nucleo alla superficie rispettivamente per
irraggiamento e convezione.
Fotosfera: il termine significa “sfera di luce” e costituisce la superficie
visibile del Sole. Ha uno spessore di circa 200 km e la sua superficie ha
un aspetto granuloso, con granuli caldi e brillanti che sono stati
interpretati come la sommità di bolle di gas caldo provenienti dagli
strati sottostanti e granuli di materia più fredda che appaiono più scuri
e costituiscono le cosiddette macchie solari (aree scure più fredde
delle aree circostanti).
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LA COSMOSFERA
SOLE
Cromosfera: il termine significa “sfera colorata” ed è l‟involucro
trasparente di gas che avvolge la fotosfera. Ha uno spessore di 10000
km ed essendo meno luminosa della fotosfera è visibile solo durante le
eclissi di Sole, apparendo come un sottile alone rosso solcato da
spicole (= getti di gas incandescente ad alta temperatura)
Corona solare: deve il nome all‟aspetto che assume il Sole quando è
completamente nascosto dalla Luna in un‟eclissi totale (emerge un
alone di luce che circonda, come una corona, il Sole e la Luna divenuti
scuri). È la parte più esterna della cromosfera ed è formata da particelle
di gas rarefatte che si allontanano dal Sole e si espandono nello spazio
sottoforma di vento solare, che raggiunge anche la Terra.
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LA COSMOSFERA
SOLE
Nota bene.
ATTIVITA‟ DEL SOLE
Aspetti dell‟attività solare sono rappresentati da:
 Granuli brillanti e macchie solari che si
formano e scompaiono sulla fotosfera in seguito
al fatto che l‟energia prodotta nel nucleo è
trasportata fino alla fotosfera.
 Protuberanze: eruzioni di gas caldissimi che
appaiono come fiammate, vortici o archi che si
formano nella cromosfera e possono arrivare
sino alla corona e si innalzano per migliaia di
km.
 Brillamenti: fenomeni che si realizzano nella
cromosfera e in pochi secondi liberano quantità
enormi di energia sottoforma di luce, radiazioni
e particelle atomiche (che sono alla base della
cosiddetta aurora polare boreale e australe)
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LA COSMOSFERA
SOLE
AURORA BOREALE E AUSTRALE
Aurora boreale in Alaska
Aurora australe vista dallo
spazio (dal satellite Image)
L'aurora polare, spesso denominata aurora boreale o australe a
seconda dell„emisfero in cui si verifica, è un fenomeno ottico
caratterizzato principalmente da bande luminose di colore rosso-verdeazzurro causato dall'interazione di particelle cariche di origine solare
con una porzione dell‟ atmosfera terrestre
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LA COSMOSFERA
PIANETI
PIANETI DEL SISTEMA SOLARE
Pianeti: il nome deriva dal greco e significa “vagabondi”.
Sono corpi celesti che non brillano di luce propria e
ruotano attorno ad una stella (nel sistema solare il Sole)
I pianeti del sistema solare:
 Si muovono intorno al Sole seguendo orbite ellittiche e
questo tipo di movimento è chiamato moto di rivoluzione
 Girano intorno al proprio asse compiendo un moto di
rotazione.
 Alcuni di essi hanno dei satelliti, cioè dei corpi celesti di
minori dimensioni che ruotano attorno a loro (la Terra ne ha
uno, Marte due, Giove sedici, Saturno diciassette, Urano
quindici e Nettuno otto)
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LA COSMOSFERA
PIANETI
In ordine di distanza dal Sole i pianeti del Sistema Solare sono:
Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno.
Possono essere divisi in due gruppi:
Pianeti terrestri o interni: Mercurio, Venere, Terra e Marte.
Sono quelli più vicini al Sole, sono piccoli e rocciosi e hanno una densità
abbastanza elevata.
Pianeti gioviani o esterni: Giove, Saturno, Urano e Nettuno.
Sono quelli più distanti dal Sole, sono più grandi e hanno una densità notevolmente
minore. Non sembrano avere una superficie solida e perciò sono anche chiamati
pianeti gassosi.
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LA COSMOSFERA
PIANETI
Vediamo in veloce carrellata le principali caratteristiche dei pianeti del
sistema solare, partendo da Mercurio, il più vicino al Sole e arrivando a
Nettuno, il più lontano.
MERCURIO
 È privo di atmosfera e acqua libera.
 È caratterizzato da un‟elevatissima escursione termica
(430°C al sole, -170° C all‟ombra)
 La superficie è cosparsa di crateri dovuti all‟impatto di
meteoriti
VENERE
 È il pianeta più luminoso del sistema solare.
 L‟atmosfera è ricca di anidride carbonica e in essa sono
sospese nubi di acido solforico che non permettono di vedere
la superficie.
 La temperatura raggiunge i 500° C per via dell‟effetto serra
dovuto all‟anidride carbonica
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LA COSMOSFERA
PIANETI
MARTE
 È definito “pianeta rosso” per via del colore della polvere che
ricopre la sua superficie.
 Ha un‟atmosfera molto rarefatta ricca di anidride carbonica.
 Possiede due calotte polari formate da ghiaccio e anidride
carbonica solida.
 La sua superficie presenta deserti sabbiosi e rocciosi, catene
montuose e crateri.
Su Marte esistono quattro stagioni la cui durata è doppia
rispetto a quella terrestre.
GIOVE
 È il più grande pianeta del sistema solare
 È completamente formato da gas, soprattutto elio e idrogeno
(ad eccezione, forse di un piccolo nucleo solido)
 La superficie presenta bande colorate parallele all‟equatore
dovute al movimento del gas prodotto dalla rotazione del
pianeta.
 Una struttura caratteristica è la Grande Macchia Rossa,
enorme uragano negli strati più superficiali dell‟atmosfera con
venti fortissimi.
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LA COSMOSFERA
PIANETI
SATURNO
 È il pianeta più suggestivo perché ha anelli concentrici che lo
circondano e che sono composti da polvere e piccoli frammenti
solidi
 È composto quasi completamente da gas e la sua densità è
così bassa che potrebbe galleggiare sull‟acqua.
URANO
 È avvolto da un‟atmosfera di colore blu, costituita da
idrogeno, elio e metano
 Sembra essere costituito da un nucleo solido circondato da
una sfera liquida.
 L‟asse di rotazione è quasi parallelo al piano dell‟orbita (negli
altri pianeti è perpendicolare)
 Le temperature sono inferiori in media ai -200°C
NETTUNO
 È avvolto da un‟atmosfera gassosa verde azzurra di
composizione analoga a quella di Urano.
 La superficie è costituita da un oceano di metano liquido
 È percorso da venti fortissimi ed è freddissimo.
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LA COSMOSFERA
PIANETI
Nota bene.
Nel 2006 l' Unione Astronomica Internazionale ha stabilito che un
pianeta, per essere tale, deve rispettare contemporaneamente i
seguenti tre criteri:
1) deve orbitare attorno al Sole;
2) deve avere una massa sufficiente per diventare (quasi) sferico,
sotto l'azione della sua stessa gravità;
3) deve avere "pulito" i suoi dintorni, ovvero deve essere l'oggetto
dominante nella regione di spazio in cui orbita.
Prima tra i pianeti del sistema solare era indicato anche PLUTONE, ma
dal 2006 L'Unione Astronomica Internazionale l‟ha “declassato” a
planetoide (sorta di grosso asteroide) o pianeta nano per tre ragioni:
 Le sue dimensioni: è più piccolo della nostra Luna.
 La sua orbita: è talmente decentrata che si interseca con quella di
Nettuno
 I suoi “dintorni”: le sue vicinanze sono affollate da miriadi di corpi
minori.
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LA COSMOSFERA
TERRA
LA TERRA
Le caratteristiche della Terra
Diametro all’equatore
Diametro ai poli
Diametro medio
Superficie
Volume
Massa
Densità media
Accelerazione di gravità
~ 12.756 km
~ 12 713 km
~ 12 745 km
5,100 656 x 1014m2
1,083 207 3 x1021m3
5,9742 x1024 kg
5,5153 x103kg/m3
~ 9,8 m/s2
 La Terra è un pianeta dalla superficie assai irregolare,
caratterizzata da catene montuose e abissi oceanici.
 Ha una forma non perfettamente sferica per via di un leggero
schiacciamento ai poli.
 I moti principali della Terra (come per gli altri pianeti) sono:
 moto di rotazione su se stessa
 moto di rivoluzione intorno al Sole.
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LA COSMOSFERA
TERRA
Il moto di rotazione della Terra avviene da Ovest verso Est intorno ad
un asse immaginario che passa per il centro della terra e interseca la
superficie in due punti chiamati Polo Nord e Polo sud.
Durata:
• 23 ore e 56 minuti e 4 secondi (giorno sidereo),
• 24 ore se consideriamo come punto di riferimento il Sole (giorno
solare)
La differenza è dovuta al fatto che mentre ruota, la Terra non è ferma
rispetto al Sole
Conseguenze del moto di rotazione:
alternanza dì/notte: dal momento che la luce del Sole divide la Terra in
una parte illuminata e una parte in ombra separate dal circolo di
illuminazione, se la Terra non ruotasse, una parte di essa sarebbe
sempre illuminata ed una parte sarebbe sempre buia.
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LA COSMOSFERA
TERRA
Il moto di rivoluzione è quello che la Terra compie intorno al Sole
viaggiando da Ovest verso Est e descrivendo un‟orbita ellittica in cui il
Sole occupa uno dei due fuochi.
Durata:
365 giorni (intervallo di tempo chiamato anno)
Caratteristiche dell’orbita:
punto di maggior vicinanza al sole è chiamato perielio
punto di maggior lontananza dal sole è chiamato afelio
il piano su cui giace l‟orbita terrestre è chiamato eclittica
l‟asse di rotazione della Terra non è perpendicolare al piano dell‟eclittica
(forma con esso un angolo di circa 67°)
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LA COSMOSFERA
TERRA
Conseguenze del moto di rivoluzione:
 diversa durata del giorno e della notte nel corso dell‟anno
 alternanza delle stagioni
Nel cammino della Terra intorno al Sole ci sono quattro posizioni
principali, che coincidono con variazioni significative del periodo di
illuminazione e dell‟inclinazione con cui i raggi solari arrivano sulla
Terra. Di conseguenza queste quattro posizioni sono legate all‟inizio
delle diverse stagioni che si susseguono nell‟anno.
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LA COSMOSFERA
TERRA
Due equinozi:
21 marzo equinozio di primavera
23 settembre equinozio d‟autunno
Durante gli equinozi il dì e la notte hanno la stessa durata in tutti i punti
della Terra.
Due solstizi:
21 giugno solstizio d‟estate
22 dicembre solstizio d‟inverno
Durante i solstizi la situazione è differente se si considera l‟emisfero
australe (a sud del piano dell‟equatore) o quello boreale (a nord del piano
dell‟equatore)
 Emisfero boreale: 21 giugno è il giorno con più ore di luce; 22
dicembre giorno con più ore di oscurità
 Emisfero australe: 21 giugno è il giorno con più ore di oscurità; 22
dicembre giorno con più ore di luce.
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LA COSMOSFERA
TERRA
Nota bene
All‟equatore e ai poli la situazione è un po‟ diversa.
 All‟equatore: in ogni giorno dell‟anno si alternano 12 ore di luce e 12
ore di buio
 Ai poli:
Durante il solstizio d’inverno
 Il Polo Nord resta al buio per tutto il giorno (è immerso in una
notte che durerà sei mesi)
 Il Polo Sud è completamente illuminato
Durante il solstizio d’estate
 Il Polo Nord resta illuminato per tutto il giorno (il sole non
tramonterà per sei mesi)
 Il Polo Sud è completamente al buio
Nota:
A tutto ciò si deve l‟alternanza delle stagioni perché nel corso dell‟anno
varia la durata del dì/notte e anche l‟inclinazione con cui arrivano i raggi
solari e da ciò derivano i periodi freddi e caldi.
Nei due emisferi naturalmente le stagioni sono invertite.
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LA COSMOSFERA
TERRA
Accanto ai due moti principali della Terra esistono dei moti
secondari, definiti millenari perché i loro effetti si
manifestano in migliaia di anni:
 precessione luni – solare
 variazione dell‟eccentricità dell‟orbita
 variazione dell‟inclinazione dell‟asse terrestre.
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LA COSMOSFERA
ALTRI CORPI
CELESTI
Nel Sistema Solare non ci sono solo pianeti e i loro satelliti, ma anche
altri corpi celesti come asteroidi, comete e meteore.
SATELLITI
Sono corpi celesti di dimensioni minori dei pianeti, che ruotano attorno
ad essi.
Se ne conoscono circa una sessantina.
ASTEROIDI
Sono uno sciame di corpi celesti prevalentemente rocciosi e di
dimensioni varie che ruotano intorno al Sole lungo orbite comprese tra
Marte e Giove.
Si pensa che ve ne siano diverse centinaia di migliaia e per quanto
riguardala loro origine:
• secondo alcuni sono frammenti di un pianeta esploso
• secondo altri sono frammenti rocciosi che non si sono mai riusciti ad
unire per formare un corpo unico.
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LA COSMOSFERA
ALTRI CORPI
CELESTI
COMETE
Sono corpi celesti il cui nucleo, che ha un raggio di poche decine di km,
è formato soprattutto da polveri, frammenti di roccia, ghiaccio e sostanze
congelate.
Caratteristiche:
Si trovano solitamente ai margini del sistema solare, ma alcune di esse
seguono un‟orbita ellittica che periodicamente le porta ad avvicinarsi al
Sole (es. cometa di Halley: passa ogni 76 anni circa).
Quando una cometa passa “vicino” al Sole, il ghiaccio contenuto nel suo
nucleo si trasforma per il calore in vapore acqueo dando origine ad una
chioma luminosa, che spinta dal vento solare e dalle radiazioni forma
una scia luminosa, la coda.
METEORE
Sono frammenti di roccia vaganti che possono derivare da una cometa o
da altri corpi rocciosi.
Hanno dimensioni simili agli asteroidi e percorrono orbite molto
allungate passando frequentemente vicino alla Terra.
 Quando passano vicino alla Terra e attraversano l‟atmosfera diventano
luminose per via dell‟attrito = stelle cadenti.
 Quando giungono fin sulla superficie della Terra = meteoriti.
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LA COSMOSFERA
LUNA
LUNA
La Luna è notoriamente l‟unico satellite naturale della Terra.
Si pensa si sia originata 4,5 miliardi di anni fa dalla collisione di un
corpo delle dimensioni di Marte con la Terra: in seguito all‟impatto
violento, nello spazio fu scagliato molto materiale che compattandosi
ha formato la Luna.
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LA COSMOSFERA
LUNA
Differisce dalla terra, tra le altre cose, per due aspetti:
 Le dimensioni: è un corpo roccioso con un raggio di 1738 km (un
quarto di quello terrestre) e una massa pari a 1/80 di quella terrestre,
pertanto le sue dimensioni sono notevolmente inferiori rispetto a quelle
del nostro pianeta.
 L‟assenza di atmosfera: ciò determina importanti conseguenze e fa sì
che la sua superficie sia molto diversa da quella terrestre.
CONSEGUENZE:
1)
2)
3)
Temperatura in superficie: Durante il giorno la temperatura supera i 110°C,
perché in assenza di atmosfera i raggi solari raggiungono la superficie lunare
senza essere filtrati o schermati riscaldandola fortemente. Durante la notte la
temperatura scende sotto i -150° perché il calore accumulato si disperde
rapidamente
Illuminazione: Brusco passaggio dall‟illuminazione solare all‟oscurità e
viceversa
Impatto con i meteoriti: ha effetti più devastanti che sulla terra.
Se meteorita precipita sulla Terra, per via della sua elevata velocità e del contatto con gli
strati più densi dell‟atmosfera, si incendia e va incontro ad autodistruzione parziale o totale.
Se meteorita precipita sulla Luna, non essendoci l‟atmosfera, manca la sua azione
protettrice e gli impatti sono molto violenti (ciò influenza l‟aspetto del paesaggio lunare)
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LA COSMOSFERA
LUNA
Superficie lunare:
È caratterizzata dall‟alternarsi di parti più chiare chiamate “terre alte o
altipiani” e parti più scure chiamate “mari”.
Sono già visibili ad occhio nudo “macchie chiare e scure”, ma le prime
osservazioni sulla superficie lunare sono state condotte da Galileo nel
XVII secolo con il primo telescopio.
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LA COSMOSFERA
LUNA
I moderni strumenti di osservazione e le esplorazioni spaziali
(missioni Apollo) hanno confermato che:
Le terre alte, che appaiono più chiare, sono aree
sopraelevate che costituiscono probabilmente la
parte più antica della Luna.
I mari sono ampie distese pianeggianti, con fondo
quasi piatto, ricoperte dalla polvere che si è formata
sia in seguito alle eruzioni che un tempo avvenivano
sulla Luna sia a causa dell‟impatto di meteoriti. Ai
mari sono stati dati nomi di fantasia come: “mare
degli umori, mare delle nubi, e mare della
tranquillità” (Su cui nel 1969 sbarcarono gli
astronauti dell‟Apollo 11)
Tutta la superficie è cosparsa di crateri: la maggior parte prodotta dagli impatti dei
meteoriti sulla superficie, la restante parte residui di antichi vulcani.
Il suolo è coperto da regolite: un miscuglio di polvere, detriti, sostanze vetrose e
sferette rotonde lucenti.
L‟acqua è assente!!
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LA COSMOSFERA
LUNA
Movimenti della luna:
La Luna compie contemporaneamente vari movimenti:
moto di rotazione: intorno al proprio asse in 27 giorni 7h 43‟ 12”
moto di rivoluzione: intorno alla Terra da ovest a est su un‟orbita ellittica
di cui la Terra occupa uno dei fuochi nello stesso tempo del moto di
rotazione 27 giorni 7h 43‟ 12”
moto di traslazione: insieme alla Terra intorno al Sole nello stesso tempo
che impiega la Terra per il suo moto di rivoluzione.
Alcune caratteristiche del moto di rivoluzione della Luna:
È chiamato “mese sidereo” il tempo necessario alla luna per tornare nella
posizione iniziale sull‟orbita intorno alla Terra ed è pari a 27 giorni 7h 43‟ 12”.
b) Si dice che la Luna è in perigeo quando è nel punto più vicino alla Terra e in
apogeo quando è nel punto più lontano.
c) Il piano dell‟orbita lunare forma un angolo di 5° con il piano dell‟orbita terrestre,
pertanto le due orbite si intersecano in due punti chiamati nodi. La linea che
congiunge i due nodi è detta linea dei nodi.
d) Dal momento che il tempo necessario per compiere il moto di rotazione e il
moto di rivoluzione coincidono, la luna rivolge sempre la stessa faccia verso la
Terra e l‟altra parte resta sempre nascosta.
a)
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LA COSMOSFERA
FASI
LUNARI
Fasi lunari:
I diversi aspetti con cui ci appare la luna dalla Terra costituiscono le fasi
lunari.
Esse sono dovute al fatto che la luna non brilla di luce propria (in qual
caso la vedremmo sempre “piena”), ma è illuminata dal Sole, pertanto
ciò che vediamo dipende dalle posizioni che occupa rispetto al Sole e
alla Terra nel suo movimento intorno alla Terra.
Possiamo distinguere otto posizioni importanti della luna nella sua
orbita:
Luna Nuova
Luna Crescente
Primo Quarto
Luna Crescente
Luna Piena
Luna Calante
Ultimo Quarto
Luna Calante
sigizia
quadratura
sigizia
quadratura
Il tempo che intercorre tra una posizione e la successiva è di mezza settimana circa
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LA COSMOSFERA
FASI
LUNARI
1. In fase di Luna nuova o novilunio la Luna
si trova tra Sole e Terra e la parte rivolta
verso la Terra non è illuminata. Pertanto
non vediamo la Luna
2. La luna entra in fase crescente diventando
via via più ampia col passare dei giorni
3. In fase di Primo quarto metà dell‟emisfero
lunare a noi visibile è illuminato: ci appare
come un mezzo disco.
4. La luna continua la sua fase crescente
5. In fase di Luna piena o plenilunio la Luna è situata dalla parte opposta
rispetto al Sole e la sua faccia rivolta verso la Terra appare
completamente illuminata.
6. La luna entra in fase calante diventando via via meno ampia col
passare dei giorni
7. In fase di Ultimo quarto metà dell‟emisfero lunare a noi visibile è
illuminato: ci appare come un mezzo disco
8. La luna continua la sua fase calante fino ad arrivare nuovamente al
novilunio.
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LA COSMOSFERA
FASI
LUNARI
Il tempo che la Luna impiega per concludere le fasi lunari e quindi
il tempo che intercorre tra un novilunio e il novilunio successivo
è detto mese lunare o sinodico e dura 29 giorni 12h 43‟.
Perché c‟è questa differenza tra mese sidereo pari a 27 giorni 7h 43‟
e mese sinodico pari a 29 giorni 12h 43‟?
Perché nel tempo in cui la Luna percorre i 360 ° della sua orbita
intorno alla Terra, la Terra con il suo moto di rotazione su se stessa si
è spostata di circa 27°. Quindi affinché la Luna occupi di nuovo la
posizione di partenza è necessario che faccia un po‟ più di strada
rispetto a quella necessaria per una rivoluzione completa.
Il tempo che impiega a percorrere questo piccolo tratto in più è pari a
poco più di due giorni cioè la differenza tra mese sidereo e mese
sinodico.
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LA COSMOSFERA
ECLISSI
ECLISSI DI SOLE E DI LUNA
Principio: qualsiasi corpo opaco, illuminato da una sorgente luminosa,
proietta dietro di sé un cono d‟ombra formato dall‟ombra vera e propria e
da una parte di penombra.
Tale principio vale anche per Terra e Luna, che sono dei corpi opachi,
illuminati dall‟intesa luce del Sole: l‟emisfero rivolto verso il sole riflette
la luce, dall‟emisfero opposto è proiettato un cono d‟ombra.
 Se il cono d‟ombra della Terra oscura la Luna si ha un‟eclissi di Luna
 Se l‟ombra della Luna oscura la Terra si ha un‟eclissi di Sole.
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LA COSMOSFERA
ECLISSI
Condizioni perché si verifichi un‟eclissi:
Eclissi di sole: La Luna proietta la sua ombra o penombra sulla
Terra, quando cioè l‟allineamento è Sole-Luna-Terra e quindi
necessariamente quando è Luna Nuova.
Eclissi di luna: La Luna entra nel cono d‟ombra della Terra,
quando cioè l‟allineamento è Sole-Terra-Luna e quindi
necessariamente quando è Luna Piena.
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LA COSMOSFERA
ECLISSI
Tali condizioni però sono necessarie ma non sufficienti!
Altrimenti si avrebbe un‟eclissi di Sole ogni volta che c‟è
novilunio ed eclissi di Luna ogni volta che c‟è plenilunio.
Ciò non accade perché le orbite di Luna e Terra non giacciono sullo
stesso piano, ma sono leggermente inclinate l‟una rispetto all‟altra.
 Può capitare che l‟ombra della Terra passi sopra o sotto la Luna
Piena e in questo caso non si ha eclissi di Luna
 Può capitare che l‟ombra della Luna Nuova sulla Terra passi sopra o
sotto il Sole e in questo caso non si avrà eclissi di Sole.
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LA COSMOSFERA
ECLISSI
Occorre un allineamento perfetto dei tre corpi Sole, Terra e Luna
perché si abbia un‟eclissi e ciò può avvenire solo sulla linea dei
nodi (intersezione tra le due orbite di Terra e Luna).
QUINDI
Quando Sole Terra e Luna sono allineate lungo la linea di nodi e
la Luna è in fase di plenilunio si ha eclissi di Luna
la Luna è in fase di novilunio si ha eclissi di Sole.
L‟eclissi di Luna può essere
 Totale: se la Luna appare completamente
oscurata, perché la Luna è completamente
immersa nel cono d‟ombra
 Parziale: se la Luna appare parzialmente
oscurata, perché la Luna è parzialmente immersa
nel cono d‟ombra
Nota: la Luna non scompare mai completamente perché
l‟ombra della Terra resta debolmente illuminata dal Sole
conferendo alla Luna una colorazione rossastra anche
nell‟eclissi totale.
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LA COSMOSFERA
ECLISSI
L‟eclissi di Sole può essere
 Totale: se il Sole appare completamente
oscurato, quando Sole Terra e Luna sono
perfettamente allineati e un osservatore si trova
all‟interno del cono d‟ombra della Luna
 Parziale: se il Sole appare parzialmente
oscurato, quando Sole Terra e Luna sono
perfettamente allineati e un osservatore si trova
fuori dal cono d‟ombra, ma all‟interno del cono di
penombra della Luna
Nota: una situazione particolare si ha quando ci sono le
condizioni per un‟eclissi di Sole ed in più la Luna è
all‟apogeo (punto più lontano dalla terra). In questo caso
la Luna non riesce a nascondere completamente il disco
solare che resta visibile come un anello luminoso: eclissi
anulare.
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LA COSMOSFERA
MAREE
I corpi celesti esercitano l‟uno sull‟altro un‟attrazione reciproca
(attrazione gravitazionale), che è alla base del loro movimento
nell‟Universo.
La manifestazione più spettacolare dell‟attrazione della Luna sulla
Terra è il fenomeno delle maree: il periodico innalzamento (alta marea)
e abbassamento (bassa marea)della superficie del mare.
Meccanismo:
La Terra ruota su se stessa e in un determinato
istante:
 La parte di superficie che si trova orientata verso
la Luna (e quindi più vicina ad essa) ne subisce
l‟attrazione. In quella zona si verifica l‟alta marea.
 Sulla parte di superficie opposta alla Luna si ha
un‟alta marea ma di minore entità per via della
complessa interazione gravitazionale tra Terra e
Luna
 Nelle altre zone della Terra invece si ha bassa
marea.
SCIENZE INTEGRATE
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LA COSMOSFERA
MAREE
Il periodico innalzamento e abbassamento del livello delle
acque avviene ogni 6 ore circa. Il moto di rotazione della Terra
intorno al proprio asse fa sì che ogni giorno si abbiano due
alte maree e due basse maree.
Questo fenomeno è ben conosciuto nelle località marine
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Nota: Le immagini utilizzate sono state reperite in rete.
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Diapositiva 1 - IISS Cezzi de Castro Moro