Domande e risposte Capitoli 1-4
Che cosa si intende per coordinate altazimutali e coordinate equatoriali
celesti? Quali sono le differenze tra i due sistemi di riferimento?
Le coordinate altazimutali e le coordinate equatoriali celesti sono sistemi di riferimento
che consentono di determinare la posizione di un corpo celeste (astro). Le coordinate
altazimutali comprendono l’ azimut, cioè l’angolo misurato in senso orario tra il
meridiano locale e il semicircolo verticale passante per l’astro, e l’altezza, cioè la
distanza angolare tra l’astro e l’orizzonte astronomico. Le coordinate equatoriali celesti
comprendono invece l’ascensione retta, cioè l’angolo misurato in senso antiorario ed
espresso in ore, minuti, secondi, tra il coluro equinoziale e il meridiano celeste
passante per l’astro e la declinazione, cioè la distanza angolare tra l’equatore celeste e
il corpo celeste.
Quali punti e circoli di riferimento è possibile individuare in modo assoluto
sulla sfera celeste e quali invece in base alla posizione di un osservatore?
Come si determinano questi ultimi?
I punti e i circoli di riferimento individuabili in modo assoluto sulla sfera celeste sono il
polo nord e il polo sud celesti, meridiani e paralleli celesti ed equatore celeste. Circoli
e punti che dipendono dall’osservatore sono invece zenit e nadir, cioè l’intersezione
tra la sfera celeste e, rispettivamente, la verticale sulla testa dell’osservatore e il suo
opposto, il meridiano locale, cioè il meridiano celeste passante per lo zenit,
l’antimeridiano locale, cioè il semicircolo passante per il nadir e avente come estremi i
poli celesti, e l’orizzonte astronomico dato dall’intersezione tra il piano orizzontale e la
sfera celeste.
Che cos’è l’analemma e quali informazioni possiamo trarne?
L’analemma è una rappresentazione grafica dell’equazione del tempo. In ascissa è
riportato, in minuti, il ritardo o l’anticipo del sole vero rispetto al sole medio, mentre
sull’asse delle ordinate viene riportata la declinazione solare, cioè l’altezza del sole
rispetto all’equatore celeste. Lungo la curva così disegnata vengono riportati i giorni
dell’anno. Grazie all’analemma è possibile calcolare per ogni giorno dell’anno la
declinazione del sole (oppure, misurando la declinazione, calcolare la latitudine
dell’osservatore) e il ritardo o anticipo del mezzogiorno vero rispetto al mezzogiorno
medio
[risposta alternativa]
L’analemma è una rappresentazione grafica dell’equazione del tempo. In ascissa è
riportato, in minuti, il ritardo o l’anticipo del sole vero rispetto al sole medio, mentre
sull’asse delle ordinate viene riportata la declinazione solare, cioè l’altezza del sole
rispetto all’equatore celeste. Lungo la curva così disegnata vengono riportati i giorni
dell’anno. Nei punti in cui la curva interseca l’asse delle ordinate il mezzogiorno medio
e il mezzogiorno vero coincidono. I punti in cui la curva interseca l’asse delle ascisse
coincidono con i due equinozi.
Come vengono determinati polo nord e polo sud celesti, meridiani e paralleli
celesti, equatore celeste?
Polo nord e polo sud celesti sono dati dall’intersezione tra la sfera celeste e l’asse del
mondo, cioè l’asse di rotazione del pianeta. I meridiani celesti corrispondono a
semicircoli, aventi per estremità i due poli, individuati dall’intersezione tra la sfera
celeste e piani tutti passanti per l’asse del mondo. I paralleli celesti sono circoli
ottenuti dall’intersezione tra la sfera celeste e piani ortogonali all’asse del mondo,
l’equatore celeste coincide con l’intersezione tra la sfera celeste e un piano ortogonale
all’asse di rotazione del pianeta e passante esattamente a metà tra i due poli.
Enuncia le tre leggi di Keplero, spiega il significato della seconda e terza
legge
La prima legge afferma che i pianeti compiono intorno al sole un’orbita ellittica e il
sole occupa uno dei fuochi dell’ellisse. La seconda legge dice che il raggio vettore che
unisce il centro del sole al centro del pianeta spazza aree uguali in tempi uguali, ciò
significa che quando il pianeta si trova più vicino al sole la sua velocità sarà maggiore,
mentre sarà minore quando il pianeta è lontano dal sole. La terza legge dice che il
quadrato dei tempi che di rivoluzione dei pianeti è proporzionale al cubo del semiasse
maggiore della loro orbita, quindi più un pianeta si trova lontano dal sole più tempo
impiegherà per una rivoluzione completa.
Che cosa si intende per sole fittizio, sole medio e tempo solare medio?
Prendendo come riferimento la posizione del sole in apogeo e perigeo (apparenti e
corrispondenti a perielio e afelio) e dividendo il suo percorso lungo l’eclittica per il
numero esatto di giorni impiegati, si definisce un punto geometrico, detto sole fittizio,
che si muove con velocità angolare costante. Si definisce sole medio la proiezione del
sole fittizio sull’equatore celeste e che coincide con esso nel punto gamma. Il sole
medio compirà, come ogni altro corpo celeste, un moto diurno. Il tempo solare medio
è l’angolo misurato in senso orario tra l’antimeridiano locale e il meridiano passante
per il sole medio.
Prove e conseguenze del movimento di rivoluzione terrestre.
Conseguenze del movimento di rivoluzione sono l’apparente rivoluzione annua della
volta celeste e il passaggio del sole nelle dodici costellazioni dello zodiaco, inoltre
poiché l’asse di rotazione è inclinato rispetto al piano dell’eclittica e tale inclinazione si
mantiene costante, il circolo di illuminazione occupa diverse posizioni nel corso
dell’anno. Esso è tangente ai due circoli polari in corrispondenza dei solstizi (21 giugno
e 22 dicembre), mentre passa esattamente per i due poli in corrispondenza degli
equinozi (21 marzo e 23 settembre). Prove del movimento di rivoluzione sono il
fenomeno della aberrazione stellare, l’effetto doppler e il fenomeno della parallasse
annua.
Nell’atrio del Liceo Galilei di Siena è appeso un pendolo di Foucault. A cosa
serve quello strumento? Che cosa succederebbe se lo stesso strumento fosse
installato in una scuola della Norvegia? E in una della Nuova Zelanda?
Lo strumento, che riproduce l’esperienza del pendolo di Foucault, costituisce una
dimostrazione della rotazione terrestre. Si basa sul fatto che il piano di oscillazione del
pendolo tende a rimanere invariato nello spazio, mentre il pianeta ruota sotto di esso.
Il piano di oscillazione sembra quindi ruotare in senso orario (nell’emisfero nord). La
velocità angolare con cui ruota il piano del pendolo è funzione della latitudine, è
massima al polo e nulla all’equatore, quindi in Norvegia il piano di oscillazione
ruoterebbe di un angolo maggiore nelle 24 ore. In Nuova Zelanda il piano di
oscillazione ruoterebbe in senso antiorario.
(
, dove
è l’angolo di rotazione e
(tempo per una rotazione completa
è la latitudine della località)
)
Conseguenze e prove del movimento di rotazione terrestre
Conseguenze del moto di rotazione sono l’apparente moto diurno degli astri e il moto
del sole che determina l’alternarsi del dì e della notte. Altre conseguenze sono il
rigonfiamento equatoriale e le perturbazioni date ai movimenti di fluidi sulla superficie
terrestre note come “effetto Coriolis”. Prove del movimento di rotazione sono
l’esperienza di Guglielmini in cui un grave in caduta subisce una deviazione verso est
(massima all’equatore e nulla ai poli), e il pendolo di Foucault, in cui il piano di
oscillazione di un pendolo subisce una apparente rotazione in senso orario,
nell’emisfero boreale (antiorario in quello australe). In questo caso la velocità di
rotazione sarà massima ai poli e nulla all’equatore.
Descrivi il meccanismo che genera le maree. Quali sono le posizioni del sole e
della luna che rendono massimo o minimo l’effetto?
Le maree consistono in un innalzamento e un abbassamento delle grandi masse
d’acqua del pianeta rispetto al loro livello medio. Il fenomeno si ripete circa ogni sei
ore ed è generato dalla composizione di due forze: l’attrazione gravitazionale
esercitata dalla Luna (e in misura considerevolmente minore dal sole), e la forza
centrifuga dovuta alla rotazione del sistema Terra – Luna intorno al proprio centro di
massa. Gli effetti gravitazionale del Sole e della Luna si sommano amplificando il
fenomeno quando i due corpi celesti sono in congiunzione o in opposizione, mentre si
elidono in parte a vicenda in quadratura riducendone quindi l’entità
Enuncia e descrivi brevemente i moti millenari della Terra
Moto di precessione luni – solare, causato dallo spostamento dell’asse di rotazione
terrestre che descrive un movimento doppi conico con un periodo di cerca 26.000
anni. Durante tale moto l’asse terrestre subisce delle oscillazioni dette nutazioni.
Rotazione della linea degli apsidi, avviene in senso antiorario per un osservatore al
polo nord celeste con un periodo di circa 117.000 anni. Tale movimento,
combinandosi con la rotazione della linea degli equinozi determina il fenomeno detto
precessione degli equinozi. Variazione di eccentricità dell’orbita terrestre che
determina una variazione nella differenza di distanza Terra – Sole tra afelio e perielio.
Variazione di inclinazione dell’asse di rotazione de determina un leggero aumento o
decremento di qest’ultima rispetto al piano dell’orbita.
L’unità astronomica (UA), l’anno luce e il parsec, sono le unità di misura
comunemente usate in astronomia. Danne una definizione.
L’unità astronomica corrisponde alla distanza media tra la Terra e il Sole e misura
149,6 x106 km. Un anno luce viene definito come la distanza che la radiazione
elettromagnetica percorre nel vuoto in un tempo pari ad un anno. Esso corrisponde a
poco più di 63.000 unità astronomiche. Infine il parsec (acronimo di parallasse di
secondo d’arco) corrisponde alla distanza da cui un osservatore con la direzione di
vista perpendicolare al semiasse maggiore dell’orbita terrestre vedrebbe tale semiasse
sotto un angolo di un secondo d’arco. Un parsec corrisponde a circa 3,26 anni luce.
Definisci posizione del circolo d’illuminazione e inclinazione di raggi solari in
occasione dei due solstizi e dei due equinozi.
In occasione di due equinozi, 20-21 marzo e. di primavera, 22-23 settembre e.
d’autunno, il circolo d’illuminazione passa per i due poli e i raggi del sole sono
perpendicolari alla superficie terrestre in corrispondenza dell’equatore (declinazione
del Sole uguale a 0°). In corrispondenza dei due solstizi, 21-22 giugno s. d’estate, 2122 dicembre s. d’inverno, il circolo d’illuminazione è tangente ai due circoli polari. Nel
primo caso però i raggi del sole sono perpendicolari alla superficie terrestre in
corrispondenza del tropico del cancro (declinazione del sole 23° 27’ ), nel secondo in
corrispondenza del tropico del capricorno (declinazione del sole -23° 27’).
