STELLE E NUVOLE
LE RELAZIONI TRA IL CLIMA DELLA TERRA E
L’ASTRONOMIA
LA GHIANDA
E’
MIA!
Ehilà! Io, SID, insieme al
ciccione qui sopra
MANNY, a quel
“simpaticone” di
tigrone DIEGO e a
quella sottospecie di
SCRAT abbiamo una
teoria sul perchè ci è
capitata questa
disgrazia dell’epoca
glaciale!
... Vabbè scherzavo! la
teoria non è nostra ma
con l’aiuto di qualche
astronomo te la
raccontiamo lo stesso!
STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Presentazione
Allora, vediamo…
…questo manuale è a cura
di
Caterina Boccato che si è
avvalsa della collaborazione
di Lina Tomasella, per gran
parte dei contenuti.
Entrambe sono “astronome”
dell’INAF
Ringraziamo Mauro
Messerotti dell’INAF –
Osservatorio Astronomico di
Trieste che ha fornito
importanti materiali sul Sole e
Angela Turricchia del
Planetario Settore Istruzione
del Comune di Bologna per i
consigli sulla presentazione in
ambiente didattico
Ok, sarò anche una sottospecie di essere,
ma qualche altra sottospecie ha appena
rubato la mia preziosa ghianda! L’unica
cosa commestibile in questa distesa di
ghiacci!! Mi hanno fatto distrarre con la
scusa che devo presentare gli astronomi
che ci hanno aiutato a realizzare questo
manuale.
Questo manuale è stato realizzato in occasione della XVI°
Settimana della Cultura Scientifica e Tecnologica dall’Istituto
Nazionale di Astrofisica – INAF.
Per questa edizione del 2006 uno dei temi scelti dal Ministero
dell’Istruzione riguarda “I cambiamenti Climatici”.
Quindi io, Sid, Manny e Diego siamo stati contattati da questo
gruppo di astronomi per aiutarli a raccontare ai ragazzi delle
Scuole e ai loro insegnanti qualcosa di cui, in realtà, non si parla
quasi mai: le relazioni tra l’Astronomia e il clima sulla Terra.
In particolare è stato chiesto il nostro aiuto perché si considerano
principalmente le possibili cause Astronomiche che hanno
portato alle Epoche Glaciali.
Nelle varie sezioni di questo manuale troverete alcuni concetti
fondamentali di Astronomia riguardanti il moto della Terra attorno
al Sole, le sue variazioni nel corso dei secoli e dei millenni e
come queste influenzino il clima terrestre.
Non abbiamo potuto approfondire nel dettaglio tutti i concetti
astronomici qui di seguito introdotti, per questo vi invitiamo a
visitare un portale di Astronomia dove potrete trovare risposta.
Ad esempio potete consultare: www.lestelle.net .
Grazie!
Scrat
(essere appartenente ad una specie – o, meglio ad una sottospecie –
non identificata probabilmente estintasi 18.000 anni fa nel corso
dell’ultima glaciazione)
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INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica
STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
INDICE
Il nostro pianeta Terra ha un clima stabile? ..................pag. 3
Com’è il clima su altri pianeti del Sistema
Solare?.........…………………………………………..............pag. 4
Quali sono gli eventi, su scala astronomica, che possono
rendere instabile il clima di un pianeta?….....................pag. 5
Come influisce il moto del nostro pianeta sul suo
clima?.......……………………………..............……………...pag. 6
E se la Terra ruotasse attorno al Sole su un'orbita diversa,
cosa succederebbe? ………….……………………....….pag. 10
L’orbita di un pianeta attorno al Sole può cambiare nel
tempo? E perché?……...………………..………..….……pag. 11
IL CONFRONTO TERRAMARTE
Quali sono le conseguenze di tale cambiamento
d’orbita?…………………………………….………………..pag. 12
Di quanto e in quanto tempo varia l’orbita
terrestre?….……………………………..…………….……..pag. 13
Cosa dice la teoria che lega le variazioni dell’orbita con
quelle del clima?….…………………………..……..……..pag. 17
L’IMPORTANZA DELLA
LUNA
Quanto e come si è modificata l'orbita della Terra per
causare l'avanzamento dei ghiacci?….………....…….pag. 19
Cosa potrà cambiare in futuro per il pianeta Terra?..pag. 21
Sulla Terra ci sono molti altri fattori che influiscono sul clima
globale, quali sono?…………..………………………..….pag. 22
APPROFONDIMENTI
Qual è l’effetto sul clima di un impatto meteorico e la sua
probabilità?….………..………………………...…………...pag. 23
Che tempo fa sul Sole?….………..…………………....….pag. 25
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
1° Domanda: il nostro pianeta ha un clima stabile?
STELLE E NUVOLE
ALCUNI DATI SUL
CLIMA TERRESTRE
La temperatura
media sulla
superficie terrestre
è di circa 15 °C
sopra lo 0: ciò
permette la
coesistenza delle
fasi solida, liquida
e gassosa
dell’acqua.
Così “a caldo” verrebbe da rispondere: no! Perché siamo subito
portati a pensare ai mutamenti meteorologici quotidiani, al
“tempo che fa”, se c’è il sole o la pioggia, la nebbia o le nuvole.
Inoltre, al telegiornale si sente spesso parlare dei danni causati
dai tornado, enormi tempeste contro le quali è quasi impossibile
difendersi.
Ma questo è quello che accade se pensiamo a piccole zone
della Terra (come la nostra città o regione) e in intervalli di tempo
limitati.
3 tornado sopra le coste
statunitensi
Se invece guardiamo il problema dal punto di vista astronomico
e quindi consideriamo la Terra come uno dei 9 pianeti del
Sistema Solare ci accorgiamo che la risposta non è così
scontata. E’ infatti il suo clima globale che dobbiamo valutare,
confrontandolo anche con quello degli gli altri pianeti.
Vedremo allora che la nostra risposta sarà: sì il nostro pianeta ha
un clima stabile ed è proprio grazie a questa caratteristica che la
Terra è un ambiente adatto alla vita ed è quindi un pianeta
speciale.
3
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
2° Domanda: com’è, allora, il clima su altri
pianeti del Sistema Solare?
Mercurio è il pianeta più vicino al Sole,
tre volte più vicino di quanto lo sia la Terra.
Esso compie una rivoluzione attorno al Sole
in circa 88 giorni e ruota su se stesso in 58,6
giorni terrestri. La combinazione di questi
due periodi fa sì che la durata di un giorno
"mercuriano" sia pari a 176 giorni terrestri.
Una così prolungata esposizione al Sole fa sì
che la faccia illuminata raggiunga anche i
452 gradi di temperatura mentre sull'altra
faccia,quella non esposta, la temperatura si abbassa sino ai -180
gradi. Questa forte escursione termica non è dovuta solo al moto
di rotazione ma anche alla mancanza di atmosfera, la cui
presenza avrebbe attenuato le differenze di temperatura tra le
varie zone grazie alla sua capacità di trattenere il calore.
Mercurio è quindi un deserto gelido e bollente con una
escursione termica di ben 600 °C!!
Venere è il secondo pianeta in ordine di distanza dal Sole ed è
anche il più vicino a noi.
A differenza di Mercurio esso possiede un’atmosfera, è infatti
ricoperto da una spessa coltre di nubi responsabile dell' effetto
serra, che è presente anche qui sulla Terra: la radiazione solare
giunge al suolo e, riscaldandolo, perde l’energia che le
permetterebbe di essere riflessa all'esterno. Parte di questa
radiazione resta quindi intrappolata al di sotto delle nubi e
riscalda il pianeta. Su Venere questo effetto è molto più intenso
che sulla Terra a causa della diversa composizione chimica
dell’atmosfera, inoltre il pianeta è più vicino al Sole e quindi
riceve una maggior quantità di radiazione. Per questi motivi su
Venere la temperatura media raggiunge i 464oC: una
temperatura così alta da poter fondere un metallo!
Marte, quarto pianeta del Sistema Solare, è quello che
conosciamo meglio. Nonostante la temperatura media sulla sua
superficie varii da 14 gradi sotto lo zero a –120°C, anch’esso
presenta il fenomeno dell’alternarsi delle stagioni, tanto da
fornire un paragone interessante per quanto riguarda le relazioni
tra i climi planetari e l’Astronomia! Avremo infatti occasione di
Temperatura media della riparlarne più avanti.
superficie di Marte = 40°C
Dopo Marte vengono Giove, Saturno, Urano e Nettuno, 4 pianeti
sotto zero,
gassosi e molto grandi il cui clima non ha molto senso
paragonare a quello della Terra, che appartiene invece alla
“famiglia” dei pianeti rocciosi come Mercurio, Venere e Marte.
Sarebbe come paragonare la digestione del Mammut Manny a
quella di Scrat che mangia solo ghiande!
Ultimo troviamo Plutone, nuovamente di tipo roccioso ma
talmente lontano dal Sole (40 volte la Terra) da raggiungere
temperature superficiali di oltre 200 °C sotto lo 0! Anche di
Plutone avremo occasione di parlare più avanti.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
3° Domanda: quali sono gli eventi, su
scala astronomica, che possono
rendere instabile il clima di un pianeta?
Beh! Le prime
cose che vengono in mente a tutti voi saranno
sicuramente gli impatti di asteroidi e comete.
Ma, anche se più frequenti nel lontano passato, questi eventi
avvengono con una probabilità talmente bassa che, parlando
delle possibili cause di mutamenti climatici, non vengono presi in
considerazione.
Per questo troverete maggiori
informazioni
sulla
scheda
di
approfondimento n° 1, “Qual è
l’effetto sul clima di un impatto
meteorico e la sua probabilità?”,
alla fine di questo manuale.
Uno, invece, dei più probabili fattori modificatori del clima
potrebbe essere una variazione della quantità di radiazione
solare ricevuta da un pianeta e la causa più ovvia di tale
variazione non può che essere una variazione dell’emissione
dell’energia prodotta dal Sole stesso.
Se il Sole, ad esempio, variasse all'improvviso la quantità di
energia che emette (e quindi cambiasse anche la quantità che
arriva sul pianeta), il clima subirebbe delle drastiche variazioni.
Sappiamo, per esempio, che ciò accadrà sicuramente in un
lontano futuro, tra 5 miliardi di anni, quando il Sole avrà finito il
suo combustibile interno (l'idrogeno) e si trasformerà in una
gigante rossa.
Nonostante le variazioni a cui è soggetta la nostra stella siano
molteplici e continue è solo da pochi anni che sofisticati
strumenti installati su satelliti hanno iniziato a fornire registrazioni
accurate del flusso di energia solare ed in particolare del flusso
che riceve il nostro pianeta. E’ il caso per esempio della sonda
SOHO che in questi ultimi anni ci ha chiarito diversi punti sul Sole.
Se volete sapere qualcosa in più sulle variazioni del flusso solare
andate alla scheda di approfondimento n° 2, “Che tempo fa sul
Sole?”, alla fine del manuale.
SCHEDE DI
APPROFONDIMENTO
N°1 Qual è l’effetto sul
clima di un impatto
meteorico e la sua
probabilità?
N°2 Che tempo fa sul
Sole?
Per indicare il flusso di energia solare che arriva su un
pianeta il termine corretto da usare è INSOLAZIONE
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Ma ci sono altri fattori che possono modificare nel tempo il clima
di un pianeta e diminuirne la stabilità.
Infatti la variazione di quantità di luce solare ricevuta da un
pianeta può cambiare a causa della variazione della sua
posizione e della geometria del suo moto rispetto al Sole e non a
mutamenti interni alla nostra stella.
Guardando queste immagini RIASSIUMIAMO:
potete, per esempio, avere
un’idea di come cambia
l’insolazione man mano che ci I fenomeni su scala
allontaniamo dal Sole
astronomica che possono
modificare il clima di un
Qui siamo sulla Terra
pianeta sono:
1°. Impatti di comete e
asteroidi sulla superficie
del pianeta
2°. Variazione del flusso
Qui siamo su Marte
solare che raggiunge il
pianeta,
la
quale
può
essere a sua volta dovuta
a due fattori diversi
a)
variazione
flusso
di
del
radiazione
prodotta dal Sole
E qui su Giove… Brrr Che
freddo!
b)
variazione
posizione
e
della
della
geometria del moto
del pianeta rispetto al
Ma non è tutto qui: questo ultimo punto è un po’ complesso e
iniziamo ad approfondirlo con la prossima domanda tornando
anche a occuparci della Terra e a cercare una spiegazione del
freddo bestiale che ha costretto me e i miei amici a migrare a
Sud ben 18.000 anni fa…
Sole
E’ di quest’ultimo
punto che ci
occuperemo ora!
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
4° Domanda: come influisce il moto
del nostro pianeta sul clima?
Se supponiamo allora che l'energia emessa dal Sole rimanga
costante l'insolazione varia in due modi:
1. globalmente con la distanza tra la Terra e il Sole, anche se di
una quantità quasi trascurabile e vedremo subito perché;
2. a ogni data latitudine con l'inclinazione della Terra rispetto al
Sole.
Cerchiamo di capire bene queste due variazioni
ATTENZIONE!
Ci stiamo occupando
della variazione
1. La prima dipende dal moto di rivoluzione annua che la Terra
compie attorno al Sole: tutti avrete sentito dire che l’orbita
terrestre è ellittica.
Ciò è vero naturalmente, ma si tratta di un’ellisse molto poco
schiacciata, e cioè di un’orbita quasi circolare. Come si vede
nella figura qui sotto: la linea più interna gialla rappresenta
un’orbita perfettamente circolare, la linea rossa più esterna
rappresenta l’orbita della Terra.
dell’insolazione
conseguente al moto
della Terra attorno al
Sole e alle sue variazioni
L’insolazione varia di
pochissimo con la
variazione della
distanza Terra-Sole
perché l’orbita terrestre
attorno al Sole è quasi
circolare
Quindi nel corso dell’anno la distanza Terra-Sole varia: in
gennaio la Terra è nel punto più vicino al Sole (perielio), mentre
in luglio si trova nel punto più lontano (afelio).
Conseguentemente l’insolazione totale è più elevata in
gennaio che in luglio.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
2. Un effetto decisamente più marcato sull’insolazione è quello
dovuto all’inclinazione dell’asse attorno a cui ruota la Terra
rispetto ad una linea perpendicolare al piano dell’orbita
terrestre attorno al Sole.
L’insolazione, sulla Terra,
varia invece molto di più
a causa
dell’inclinazione del suo
asse di rotazione.
Quando la radiazione solare raggiunge la superficie terrestre
succede quanto è descritto in quest’altra immagine:
Da questa inclinazione
dipendono le variazioni
stagionali
Le diverse zone della Terra sono colpite con una incidenza
diversa dai raggi solari.
MA QUESTO COSA COMPORTA?
Da questa inclinazione DELL’ASSE TERRESTRE dipendono le
variazioni stagionali, la Terra infatti lungo la sua orbita espone al
Sole i suoi due emisferi in modo diverso nel corso dell’anno
proprio perché mantiene sempre questa inclinazione.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Guardate quest’altra figura:
Questa è un’esperienza che
potete fare voi stessi.
Nell’immagine si vede una pila
accesa che emette sempre la
stessa quantità di luce e calore.
Anche le variazioni
stagionali non
influiscono comunque in
Nel caso (a) il fascio di luce è
perpendicolare al tavolo e
illumina una superficie più
piccola rispetto al caso (b).
Tuttavia
nel caso (a) il
quadratino rosso riceve più
luce e più calore proprio
perché
la
radiazione
è
concentrata in una regione
più piccola.
modo significativo sul
clima globale del nostro
pianeta nel senso che
la temperatura media
della Terra e la massima
escursione termica
rimangono pressoché
costanti.
Infatti le fluttuazioni
della temperatura
media da un anno
Quindi alle diverse latitudini la Terra viene scaldata dal Sole in
modo diverso perché diversa è l’insolazione.
all’altro sono solamente
di alcuni decimi di
Nei mesi di giugno, luglio e agosto l’emisfero boreale (il nostro
emisfero Nord cioè) è rivolto verso il Sole e riceve più luce solare
di quanta riceverebbe se l’asse di rotazione terrestre fosse
perpendicolare al piano dell’orbita, l’emisfero australe invece
riceve meno luce.
Sei mesi dopo quando la Terra si è spostata di 180° gradi, ha
compiuto cioè mezzo giro lungo la sua orbita, la situazione si
presenta invertita.
grado centigrado.
Per indicare la differenza tra la massima e la minima
temperatura registrata in un dato luogo si parla di ESCURSIONE
TERMICA
Anche su questo discorso dell’inclinazione dell’asse di rotazione
terrestre e della conseguente differenza di insolazione alle diverse
latitudini torneremo più avanti perché vedremo essere il punto
centrale del nostro discorso sui mutamenti climatici globali.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
5° Domanda: e se la Terra ruotasse attorno al Sole
su un'orbita diversa, cosa succederebbe?
Torniamo a staccare i piedi da terra!
I 9 pianeti del Sistema Solare percorrono orbite diverse tra loro
non solo per quanto riguarda le loro enormi distanze dal Sole ma
anche per la forma. Alcuni, come la Terra, hanno un’orbita quasi
circolare, altri molto più schiacciate cioè molto più ellittiche.
Si dice che le loro orbite hanno eccentricità diversa
Il tipo di orbita percorsa da un
pianeta attorno al Sole influenza
quindi il clima dello stesso
pianeta, rendendone l'ambiente
più o meno favorevole allo
sviluppo e all'evoluzione della
Vita.
Se la Terra ruotasse attorno al
Sole su di un’orbita molto più
schiacciata, la distanza tra i due
corpi cambierebbe in modo
molto
più
marcato,
di
conseguenza anche il flusso di
energia e il clima.
La Terra ha una
eccentricità pari a All'estremo opposto del caso
terrestre
troviamo
l'instabile
Plutone, l'ultimo pianeta del
Sistema
Solare.
Plutone
ha
un'orbita altamente ellittica, tanto
che ogni 248 anni entra dentro
all'orbita di Nettuno e lì sta per una
ventina di anni.
Durante questi venti anni Plutone è quindi più vicino al Sole di
Nettuno. Quando si trova alla massima distanza dal Sole, dista da
esso ben 49 volte più della Terra. Quando invece si trova nel
punto più vicino, si trova a “sole” 30 volte la distanza Terra-Sole.
Si può immaginare quanto sia freddo ed oscuro, dato che a
quella distanza raccoglie solo una piccolissima parte della luce
solare.
Quando si avvicina al Sole Plutone possiede una atmosfera
perché il metano e l'azoto, ghiacciati ai poli, passano in parte
allo stato gassoso. Quando torna ad allontanarsi questa
atmosfera ghiaccia nuovamente e si deposita al suolo.
0,017
Plutone ha una
eccentricità pari a
0,25
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
6° Domanda: l’orbita di un pianeta attorno al
Sole può cambiare nel tempo? E perché?
Un pianeta appartenente ad un sistema planetario come il
nostro, formato dal Sole, 9 pianeti, moltissimi satelliti e migliaia di
corpi minori, risente senza dubbio della presenza di tutti questi
corpi. Ne risente attraverso il campo gravitazionali che essi
creano, si parla cioè di attrazione gravitazionale dei corpi, una
forza che è tanto più intensa quanto più massivi e più vicini sono i
corpi in questione.
Certo, l'attrazione gravitazionale che il Sole esercita su ogni
pianeta del Sistema Solare è di gran lunga maggiore delle
reciproche interazioni tra pianeti, essendo concentrata nella
nostra stella il 99,8% della massa totale di tutto il Sistema Solare
ATTENZIONE:
in questa immagine i
pianeti e il Sole (così
grande da averne messo
solo una piccola porzione
della superficie: la striscia
gialla a sinistra) sono in
scala, MA solo per quanto
riguarda le dimensioni,
non per le distanze. Esse
sono
infatti
talmente
grandi da non essere
rappresentabili nemmeno
in 10 di questi fogli messi
in fila!
Tuttavia i parametri di ogni orbita planetaria, quali:
• la distanza massima e minima dal Sole, cioè l’eccentricità
dell’orbita
• l’inclinazione dell’asse di rotazione del pianeta rispetto
alla perpendicolare al piano orbitale dello stesso
• la direzione stessa verso cui punta l’asse di rotazione di un
pianeta
possono cambiare nel tempo proprio a causa delle perturbazioni
apportate da tutti gli altri pianeti.
Dopo il Sole infatti, anche i pianeti che hanno una massa
davvero consistente, esercitano una notevole influenza
gravitazionale. La Terra, per esempio, risente moltissimo della
forza gravitazionale di Giove che, avendo una massa oltre 300
volte più grande della massa terrestre, è il maggiore
"perturbatore" anche per tutti gli altri corpi del Sistema Solare.
Sull'orbita della Terra influisce inoltre in modo ancora più marcato
di Giove la Luna (perché è molto vicina)e, in seconda battuta,
influiscono per la loro vicinanza Venere e Marte.
Quindi viste queste influenze la risposta alla nostra domanda è:
sì, la traiettoria di un corpo attorno al Sole può cambiare, perché
essa viene continuamente perturbata dalla forza gravitazionale
esercitata dagli altri pianeti.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
7° Domanda: quali sono le conseguenze
di tale cambiamento d’orbita?
Se cambia la traiettoria di un pianeta anche il clima si
modifica. Già lo abbiamo sottolineato nelle domande e
risposte precedenti: se l’ orbita di un pianeta fosse,
per esempio, molto ellittica, la sua distanza dal Sole
cambierebbe notevolmente nel corso dell'anno, così come
il flusso di energia solare medio che colpisce la sua superficie,
cioè l’insolazione.
Abbiamo inoltre appena visto che l'azione gravitazionale dei
pianeti è in effetti in grado di modificare, nel corso di migliaia
di anni, non solo l'eccentricità, ma un po' tutti i parametri
dell'orbita.
A questo punto ci interessa ovviamente sapere, specie per la
Terra, l'entità di queste variazioni, se e quanto esse possano aver
influito in passato, e influire in futuro, sul clima del nostro pianeta.
Alcuni studi al calcolatore hanno simulato le variazioni nel tempo
delle caratteristiche dell’orbita terrestre e del flusso di energia
solare (l'insolazione) che di conseguenza arriva sul nostro
pianeta.
Solo per fare un esempio, l'eccentricità dell'orbita della Terra,
attualmente pari a 0,017, è variata nell'ultimo milione di anni tra i
valori estremi di 0,005 (quasi cerchio) e 0,06 (un’ellisse comunque
poco schiacciata!).
Ma le variazioni dell'insolazione causate delle modificazioni
dell'eccentricità non raggiungono nel caso terrestre l’1%: troppo
poco perché vi siano degli effetti consistenti sul clima.
L’angolo di 23,4°
sembra quindi essere
davvero il parametro
chiave per
comprendere alcune
variazioni climatiche
avvenute in passato sul
nostro pianeta.
Al contrario l'insolazione dipende fortemente
dall’inclinazione dell’asse terrestre rispetto
alla perpendicolare all’Equatore
L'angolo tra la retta perpendicolare all'orbita della Terra e l'asse
di rotazione del nostro pianeta è chiamato OBLIQUITÀ
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
8° Domanda: di quanto e in quanto tempo
varia l’orbita terrestre?
Allora: i parametri principali che caratterizzano l’orbita di un
pianeta sono
3
3
proprio come Diego, Manny e Sid che ve ne parleranno in
dettaglio
Il 1° parametro da tenere in considerazione è l’OBLIQUITÀ.
Abbiamo già accennato al fatto che essa può cambiare nel
tempo, non è un caso che sia io a spiegarvela: non sono
grande e imponente come Manny il Mammut, ma la mia
presenza fa la differenza più di quella degli altri! Infatti
anche se l’obliquità non cambia di molto nel tempo, una
sua piccola variazione si fa comunque sentire sul clima
globale del nostro pianeta.
L'obliquità attuale della Terra è di 23,4°.
La variazione di questo parametro è apparentemente piccola:
essa passa da 22,1° a 24,5° con un periodo di circa 40.000 anni.
Un aumento dell'inclinazione dell'asse terrestre aumenta
l'ampiezza del ciclo stagionale: gli inverni sono più freddi e le
estati più calde in entrambi gli emisferi.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Il 2° parametro è l’ECCENTRICITÀ. Anche questo
l’abbiamo già visto, ma non abbiamo detto che
esso può cambiare nel tempo. Molto lentamente
infatti, proprio come un pachiderma come me,
l’eccentricità varia di una quantità discreta in un
tempo lungo e con un effetto modesto sul clima
globale del pianeta.
Ricordiamo che l’eccentricità, è la misura
di quanto l'orbita si discosta da una
circonferenza.
L’eccentricità varia tra
0.005
e
0.06
Attualmente
l'eccentricità
dell'orbita della
Terra è di 0.017
in circa 100. 000 anni
L’effetto della variazione di eccentricità è comunque modesto:
l’insolazione della Terra è variata al massimo dello 0,3% durante
l’ultimo milione di anni a causa di questa variazione.
Secondo i calcoli effettuati una variazione dello 0,3%
nell’insolazione della Terra cambierebbe la temperatura media
della terra solamente di pochi decimi di grado.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Eccomi qui ad introdurre il 3° parametro di cui abbiamo fatto solo
un brevissimo accenno e cioè la DIREZIONE VERSO CUI PUNTA L'ASSE
DI ROTAZIONE TERRESTRE. Mentre la Terra gira esso subisce infatti una
lenta precessione descrivendo, nel corso di migliaia di anni, un
cerchio rispetto alla posizione fissa delle stelle nella volta celeste.
L'asse di rotazione terrestre sembra non
cambiare mai direzione.
In realtà questo non è vero, questo cambiamento noi non
possiamo percepirlo perché avviene in un tempo molto lungo,
ben 26.000 anni!
La ragione di questa PRECESSIONE risiede nella forma della Terra,
che non è esattamente sferica ma risulta rigonfia nella zona
equatoriale e leggermente schiacciata ai poli, un po’ come una
trottola e infatti questo movimento è più o meno lo stesso di una
enorme trottola grande quanto la Terra!
L'attrazione che il Sole, la Luna, ed in misura minore i pianeti
esercitano su questo rigonfiamento fanno sì che l'asse di
rotazione descriva un cono in circa 26.000 anni
Conseguenze: vorrei ricordarvi che i Poli Celesti, Nord e Sud, sono
due punti immaginari nel cielo dati dalla intersezione dell'asse di
rotazione terrestre con la volta celeste.
Quindi anche i Poli Celesti si spostano nel cielo descrivendo una
circonferenza in circa 26.000 anni.
Attualmente il Polo Nord Celeste è ad un solo grado di distanza
da una stella luminosa, chiamata Stella Polare. proprio per
questa sua vicinanza al Polo
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
OGGI
Qui è rappresentata la
situazione attuale
dell’insolazione in un
dato momento
dell’anno, cioè in un
preciso punto
dell’orbita terrestre
attorno al Sole. Si vede
per esempio che il Sole
illumina in maniera più
diretta l’emisfero
boreale (il nostro a
Nord)
In realtà l'effetto di questo ultimo cambiamento sull'insolazione è
il meno chiaro agli astronomi.
Si invertono le stagioni è vero ma non è detto che ciò possa
causare cambiamenti significativi della temperatura media della
Terra.
13.000 ANNI FA
Qui si vede invece
come era la situazione
13.000 anni fa circa. E’
praticamente invertita: i
raggi solari colpivano in
modo più diretto
l’emisfero australe
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
9° Domanda: cosa dice la teoria che lega le variazioni
dell’orbita con quelle del clima?
RIASSUMENDO VELOCEMENTE: qual è di questi tre il parametro
determinante?
Abbiamo già detto che questi tre parametri dell'orbita terrestre
variano con il tempo a causa delle modesta attrazione
gravitazionale esercitata dalla Luna e dagli altri pianeti.
Queste variazioni sono quasi periodiche e sono avvenute nelle
ultime centinaia di migliaia di anni. Esse sono state calcolate con
dà luogo
estrema precisione. In realtà l'eccentricità
solamente ad una piccola variazione dell'insolazione annua della
Terra. L'inclinazione
e la precessione
alterano
solamente la distribuzione dell'insolazione secondo la latitudine e
la stagione ma non l’insolazione globale del pianeta.
Ci sono però testimonianze che legano queste modeste
variazioni dell’inclinazione dell’asse terrestre e della geometria
dell’orbita terrestre attorno al Sole alle modificazioni del clima
terrestre nel passato ed è su queste che si basa la TEORIA
dell’astronomo croato Milutin Milankovitch.
Sappiamo che nel passato la Terra ha attraversato dei periodi di
clima mite ed epoche glaciali. Ogni glaciazione, inoltre,
comprende fasi alterne di avanzamento e di ritiro dei ghiacciai.
L'esistenza di passate epoche glaciali e l'entità della superficie
coperta dai ghiacci si può studiare con un certo dettaglio
perché è testimoniata da numerosi segni geologici. Sappiamo
con certezza (perché noi c’eravamo!!) che 18.000 anni fa un
terzo della superficie emersa della Terra era ricoperto di
ghiaccio. Nel Nord America i ghiacci erano spessi parecchi
chilometri e si estendevano verso Sud fin dove ora c’è New York
Un tale volume di acqua si trasformò in ghiaccio che il livello del
mare si abbassò di 100 metri rispetto a quello attuale; quasi il 5 %
dell’acqua della Terra era sotto forma di ghiaccio continentale e
il nostro pianeta era quindi considerevolmente più freddo.
La Terra è entrata
nell'ultima epoca glaciale
tra 1 e 2 milioni di anni fa,
quando si fa iniziare il
periodo geologico
chiamato Quaternario,
che è suddiviso a sua
volta in Pleistocene ed
Olocene. Attualmente
stiamo attraversando un
periodo interglaciale che
ha dato inizio, circa 10.000
anni fa, all'Olocene. E’ più
difficile studiare le
glaciazioni più antiche
perché più si va indietro
nel tempo, meno evidenti
e quindi più confusi sono i
segni lasciati
dall'avanzamento dei
ghiacciai.
La temperatura media
della superficie terrestre,
sia quella complessiva
che quella stagionale era
di 5 gradi centigradi più
bassa della media
attuale. Come paragone
ricordiamo che le
fluttuazioni della
temperatura media della
Terra da un anno all’altro
sono solamente di alcuni
decimi di grado
centigrado.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Anche l’Antartide e parte dell’Eurasia e della Groenlandia erano
ricoperte di ghiaccio; si era avuto uno sviluppo dei ghiacciai su
tutte le catene montuose dalle Alpi alle Ande.
La glaciazione di
18.000 anni fa fu la più
recente di circa 10
epoche glaciali
verificatesi nell’ultimo
milione di anni.
Milankovitch nella prima metà del XX secolo formulò dunque la
teoria secondo la quale le variazioni orbitali modificano il clima
proprio perché alterano, come abbiamo visto, la quantità di
energia solare ricevuta dalla Terra a differenti latitudini e nelle
diverse stagioni. Ma abbiamo anche visto che queste variazioni
non hanno, per lo meno apparentemente, effetti così marcati
sulla variazione globale della temperatura media della Terra.
Come giustificare allora questo periodico avanzamento dei
ghiacci?
Ci sono evidenze
geologiche di un
legame tra le
variazioni
dell’obliquità
terrestre e
l’alternarsi dei
periodi glaciali
Milankovitch mise a confronto l'alternarsi dei periodi glaciali e
interglaciali del periodo geologico chiamato Pleistocene e le
variazioni del flusso di energia solare alle varie latitudini terrestri,
calcolate sulla base di quanto era inclinato l'asse di rotazione
terrestre (cioè l'obliquità) nel passato.
Dimostrò così che le due cose sono strettamente legate.
Egli propose uno schema nel quale se l'Estate alle alte latitudini
dell'emisfero Nord è tale da non permettere il completo L’insolazione estiva
alle alte latitudini
scioglimento delle nevi invernali, si instaura un meccanismo di
dell’emisfero Nord è
progressivo raffreddamento del globo.
quella che conta.
Non
è
importante
quanta
neve
si
accumula
durante
È più importante
l’inverno, ma quanta se
l’insolazione dell’emisfero
ne conserva durante
boreale che di quello
l’estate: se la neve si
australe,
conserva per anni, si
perché i ghiacciai si
trasforma in ghiaccio, si
formano solo sulle terre
emerse e queste si
formano estesi ghiacciai
trovano appunto
e la Terra entra in
prevalentemente
un’epoca glaciale.
Infatti, i minimi dell'insolazione (flusso di energia solare) alle alte nell’Emisfero settentrionale
della Terra
latitudini Nord calcolati da oggi fino a 600.000 anni fa,
corrispondono esattamente ai periodi glaciali del Pleistocene
studiati e datati con precisione dai geologi.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
10° Domanda: quanto e come si è modificata
l'orbita della Terra per causare l’avanzamento dei
ghiacci?
In realtà non molto.
Facciamo per esempio un confronto tra le variazioni dell'obliquità che
si possono verificare per la Terra e per Marte?
Si calcola, andando indietro nel tempo, con simulazioni al computer,
di 5 milioni di anni, che l'obliquità della Terra possa essere variata di
poco più di 2 gradi, ma è bastato per avere delle enormi ripercussioni
climatiche!
Se andiamo a calcolare la variazione dell'obliquità di Marte nelle
stesso periodo di tempo, vediamo che essa ha subito modificazioni di
quasi 30 gradi!
E’ naturale allora chiedersi cosa sarebbe successo alla Terra se fosse
stata soggetta a variazioni nell'obliquità di questa entità. Certo il clima
avrebbe a sua volta subito delle modificazioni ancor più drastiche di
quelle testimoniate dalle passate epoche glaciali. Probabilmente in
alcune epoche la Terra sarebbe stata completamente stretta nella
morsa del ghiaccio, mentre in altri periodi si sarebbero succedute
delle devastanti inondazioni.
Pur non conoscendo geologicamente Marte nella maniera in cui
conosciamo la Terra, alcuni "segni" che si osservano sul pianeta rosso
sembrano testimoniare l'andamento fortemente altalenante del suo
clima. Insomma, tutto sommato, il clima terrestre è estremamente
stabile, anche grazie alla stabilità dinamica del pianeta Terra.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Ma un'altra domanda sorge, a questo punto, spontanea: perché
l'obliquità della Terra è molto più stabile di quella di Marte?
Il confronto tra Terra e Marte è in effetti molto interessante da
approfondire un altro po’. Come abbiamo visto precedentemente,
l'alternarsi delle stagioni è dovuto all'orbita terrestre attorno al Sole e
all'inclinazione del suo asse di rotazione. Lo stesso avviene su Marte: il
pianeta rosso presenta infatti un ciclo stagionale. Lo possiamo notare
dalla presenza di due calotte di ghiaccio sui poli del pianeta. Queste
calotte sono composte di acqua e anidride carbonica ghiacciate e
la loro dimensione varia con le stagioni. La temperatura media su
Marte varia da –14°C durante l'estate marziana a –120°C in inverno,
con una media di 40° sotto zero. Il ciclo stagionale di Marte è dunque
simile, o comunque paragonabile, a quello terrestre, questo perché
anche Marte ha l'asse di rotazione inclinato sul piano orbitale ed è
quindi soggetto alle diverse latitudini a diversi gradi di insolazione
lungo la sua orbita. C’è da sottolineare però una prima differenza
importante: l’orbita di Marte è altamente ellittica e quindi le stagioni
risentono molto di più della variazione della distanza dal Sole nel
corso dell’anno.
Una seconda, sostanziale differenza riguarda invece le variazioni, nei
millenni, dell’inclinazione dell’asse di rotazione, differenza dovuta al
nostro preziosissimo satellite: la Luna.
Simulando al
calcolatore il
comportamento
dell'obliquità
terrestre in
assenza della
Luna, ci
accorgiamo infatti
che, proprio come
per Marte, essa
inizierebbe a
variare nel tempo
di decine di gradi.
Sì, perché la stabilità dinamica della Terra è dovuta alla presenza
della Luna, un corpo massiccio vicino alla Terra che con la sua forza
gravitazionale, stabilizza l'obliquità del nostro pianeta, non
permettendole di oscillare se non di pochissimi gradi (2 al massimo, e
non 30 come Marte). Qualcuno potrebbe obiettare che anche Marte
ha ben due satelliti, Deimos e Phobos. E’ vero, ma sono satelliti poco
massicci e quindi ininfluenti per la dinamica marziana.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
11° Domanda: cosa potrà cambiare in
futuro per il pianeta Terra?
La Luna in passato era molto più vicina
alla Terra e attualmente si allontana dal nostro
pianeta ad una velocità di oltre 3 centimetri all'anno.
La causa di questo aumento della distanza Terra-Luna
sono le forze di marea che la Luna esercita sulla Terra e
che ci sono familiari nel periodo estivo, quando al
mare possiamo notare il periodico alzarsi e abbassarsi del livello
dell'acqua, in sincronia con il moto lunare. Tali forze di marea non
solo sono responsabili dell'allontanamento del nostro satellite, ma
provocano anche un rallentamento della rotazione terrestre (e
quindi un allungamento del giorno) di circa 1,5 millisecondi al
secolo.
Ma nella precedente sezione abbiamo visto che la stabilità
dinamica della Terra è dovuta proprio alla presenza di un satellite
massiccio e vicino. C'è da chiedersi quindi, se l'allontanamento
della Luna potrà avere in futuro delle conseguenze sulla stabilità
dinamica e di conseguenza climatica della Terra.
Alcune simulazioni al calcolatore hanno evidenziato che in un
lontano futuro l'obliquità terrestre, proprio per la maggiore
lontananza della Luna, comincerà ad oscillare di decine di gradi,
proprio come succede già per Marte. In queste condizioni anche
l'insolazione, il flusso di energia solare, subirà della drastiche
variazioni nel tempo che comporteranno degli sconvolgimenti
profondi nel delicato sistema climatico terrestre.
I tempi perché ciò avvenga sono lunghissimi, dell'ordine del
miliardo di anni, e difficili da calcolare con precisione perché i
meccanismi mareali che intervengono per il sistema Terra-Luna
sono così numerosi e complessi che non siamo ancora in grado
di avere una visuale completa sulla loro futura evoluzione
dinamica. Non sappiamo, ad esempio, se la Luna continuerà ad
allontanarsi con il ritmo di oggi, se si fermerà o meno e a quale
distanza.
Ma una cosa è certa: la nostra presenza sulla Terra è dovuta a
molte fortunate coincidenze. Tra queste, il gigantesco impatto tra
la giovane Terra ed un grosso corpo delle dimensioni grosso
modo di Marte che oltre 4 miliardi di anni fa avrebbe generato il
nostro prezioso satellite.
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12° e ULTIMA Domanda: qualcuno
mi dice che sulla Terra ci sono molti
altri fattori che influiscono sul clima
globale quali sono?
Sì è vero, i cambiamenti climatici dovuti agli eventi astronomici
sono solo una parte dei mutamenti che avvengono nel nostro
pianeta. Qui abbiamo visto la cosa dal punto di vista
astronomico in realtà altri sono i fattori che incidono sul clima e
alcuni in modo decisamente più marcato.
Ne riportiamo solo una brevissima e parziale descrizione.
Circolazione oceanica:
Le correnti oceaniche trasportano grosse quantità di energia
quindi una loro minima variazione può provocare dei
cambiamenti
marcati
della
circolazione
oceanica
e
conseguentemente del clima (esempio El Niño). Sono allo studio
eventuali caratterizzazioni cicliche dei fenomeni.
Grandi moti atmosferici:
l’instaurasi di variazioni nella circolazione dell’atmosfera rispetto
all’andamento “normale” o “consueto” che conosciamo noi,
provoca uno scompenso su scala planetaria del clima. Sono allo
studio eventuali caratterizzazioni cicliche dei fenomeni.
Fattori geologici:
A questa categoria appartengono le eruzioni vulcaniche le
quali, grazie al pulviscolo di ceneri che espellono nell’atmosfera,
influenzano, anche per molti anni, la quantità di radiazione
solare che arriva sul pianeta; infatti questo materiale in
sospensione negli alti strati dell’atmosfera funziona come uno
schermo protettivo riducendo la quantità di radiazione solare
che arriva a “destinazione”.
Attività umane:
Le modificazioni che può portare l’uomo oramai le sentiamo tutti
i giorni al telegiornale, tentiamo di fare un breve elenco: altera la
composizione dell’atmosfera, ad esempio con la deforestazione
e la costruzione di città, altera i moti e cicli delle acque e
dell’aria.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
SCHEDE DI APPROFONDIMENTO
1° Qual’è l’effetto sul clima di un impatto
meteorico e la sua probabilità?
Per avere effetti sul clima globale del nostro pianeta dovrebbe
avvenire un impatto con una asteroide, o una cometa, delle
dimensioni di almeno 10 km di diametro. A parte la devastazione
totale del luogo dell’impatto, esso provocherebbe un
sollevamento di una tale quantità di polveri nell’atmosfera in
grado di attenuare significativamente la radiazione solare con
una conseguente e drastica diminuzione della temperatura.
Asteroidi o comete di grandi dimensioni sono oggetti comuni nel
nostro Sistema Solare ma la probabilità di un impatto è stata
calcolata statisticamente e, in effetti, c’è da stare abbastanza
tranquilli.
L’asteroide Gaspra
fotografato dalla sonda
Galileo nel 1991
Viene comunque da chiedersi: sarà un evento celeste a mettere
fine alla civiltà umana? Un recentissimo studio ha per lo meno
ridimensionato il numero di asteroidi potenzialmente pericolosi
per la Terra, abbassando la probabilità che un impatto di grandi
proporzioni possa verificarsi nel prossimo futuro.
L'analisi chimica di un gran numero di asteroidi ha infatti
permesso di determinarne la dimensione. E la sorpresa è che
molti sono più piccoli rispetto a quanto stimato, più
grossolanamente, in precedenza.
Lo scontro con la Terra di un grosso asteroide è già occorso più
volte nel passato. Oltre duecento milioni di anni fa, per esempio,
un impatto particolarmente catastrofico cancellò quasi la Il Meteor Crater in Arizona,
totalità degli organismi allora presenti, sia terrestri che acquatici. provocato dall'impatto di
una meteorite del
Ancor più famosa è l’estinzione di sessantacinque milioni di anni
diametro
di 30 metri circa.
fa che, secondo una teoria abbastanza accreditata, mise fine
Il
cratere
ha un raggio di
all’epoca dei grandi dinosauri. La distruzione di una foresta di
600 e una profondità di
2500 chilometri quadrati a Tunguska, nel 1908, probabilmente in
300 metri
seguito
all'esplosione
in
atmosfera, ad un'altezza di 6-8
km, di un corpo asteroidale o
cometario. Quindi, se da un
lato è vero che asteroidi
relativamente piccoli, con
diametro superiore ad un solo
chilometro,
sarebbero
potenzialmente in grado di
distruggere anche oggi gran
parte delle specie viventi
presenti sulla Terra, ci sono
nuovi
recenti
dati
che
mostrano come il numero di
asteroidi che superano tali
dimensioni sia 4 volte minore di
quanto si riteneva finora.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
In questa immagine si può
vedere la ricostruzione artistica
dell'evento catastrofico che
può aver provocato il cratere
Chicxulub, nella penisola dello
Yucatan, in Messico, circa 65
milioni di anni fa.
Inoltre,
come
accennato
all’inizio, si tratta di una
questione di STATISTICA!
Se dovessimo dar retta a
quanto dicono i giornali o
alcuni programmi televisivi, la
prossima volta che dovessimo
comprare un biglietto della lotteria, potremmo licenziarci,
andare alle Bahamas e cominciare a vivere da veri miliardari.
Sì perché basta possedere uno tra le centinaia di migliaia di
biglietti messi in vendita, per avere la certezza della vittoria. Per
quanto assurda possa sembrare, una situazione simile è
realmente accaduta per esempio qualche anno fa:
protagonista l'asteroide 2002 NT7, il cui improbabile impatto con
la Terra nel 2019 era stato annunciato dalla stampa come quasi
certo, con tanto di descrizioni di scenari apocalittici.
Eppure l'asteroide era stato individuato solo poche settimane
prima e, come spesso accade in questi casi, dalle prime
osservazioni al telescopio non era stato ancora possibile risalire
alla sua orbita esatta. Al massimo quei dati permettevano di
valutare un determinato volume di spazio dove l'asteroide
sarebbe potuto passare con una certa probabilità. Questo tipo
di incertezza, dovuta agli errori presenti nelle misure, è
particolarmente elevata quando si sta osservando un oggetto
ancora molto lontano, come era il caso di 2002 NT7.
La regione di spazio dove era possibile il passaggio dell'asteroide
era quindi molto estesa, comprendendo al suo interno anche un
tratto dell'orbita terrestre. Già i primi calcoli avevano però
mostrato che la probabilità di urto era molto bassa. Gli astronomi
avevano detto fin dall'inizio che con il sopraggiungere di
osservazioni più precise la probabilità sarebbe notevolmente
diminuita: difatti oggi si è abbassata ancora di più, al punto da
escludere qualsiasi rischio d'impatto.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
SCHEDE DI APPROFONDIMENTO
2° Che tempo fa sul Sole?
Innanzi tutto due parole sul Sole: è il corpo centrale del Sistema
Solare ed è una stella di media grandezza, che emette
radiazione soprattutto nella banda visibile.
Si pensa che si sia formato circa 4,6 miliardi di anni fa.
Si tratta di una sfera di gas molto caldo, per lo più idrogeno ed
elio. Al suo centro il gas ha una temperatura di circa 15.000.000
di gradi centigradi: qui l'idrogeno si fonde per formare elio
attraverso il processo di fusione nucleare che produce una
grande quantità di energia la quale si propaga fino alla
superficie visibile del Sole, la fotosfera, e da lì nello spazio, sotto
forma di luce e calore.
Il Sole ha un diametro di 1.392.000 km e una massa di 2 miliardi di
miliardi di miliardi di tonnellate che tradotto in numero è
2.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 kg, pari al 99,8% della
massa totale dell'intero Sistema Solare. A causa della sua grande
massa, esso esercita una forte attrazione gravitazionale in tutto il
Sistema Solare: è proprio a causa di questa attrazione che la
Terra e gli altri pianeti gli ruotano attorno.
Sulla superficie del Sole avvengono molti fenomeni tra i quali:
• Le macchie solari che si osservano in fotosfera.
• I brillamenti e le protuberanze che si osservano in
cromosfera e corona.
• Il vento solare, un flusso continuo di particelle emesso dal
Soleche rappresenta l'espansione della corona solare nel
mezzo interplanetario.
• Le eiezioni di massa dalla corona (Coronal Mass Ejection CME), che rappresentano il fenomeno più spettacolare.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Le macchie solari sono regioni “quiete” nella turbolenza della
fotosfera circostante e sono sede di intensi campi magnetici, che
bloccano i moti convettivi del gas di cui è formato il Sole,
rendendo, appunto, la macchia una zona meno emittente.
Avvengono perché, come abbiamo detto, il Sole non è un corpo
rigido ma una sfera di gas molto caldo in rotazione e quindi al
suo interno vi sono correnti che possono accelerare e rallentare
rispetto agli strati più esterni formando queste macchie scure che
appaiono e scompaiono regolarmente con varie periodicità tra
cui la più nota è quella ciclica di undici anni.
Recentemente la sonda SOHO, di cui parleremo fra poco, ha
fornito dei dati che hanno evidenziato la complessità del ciclo di
queste correnti.
I brillamenti sono spettacolari esplosioni di energia magnetica
che si osservano in cromosfera e in corona.
Queste esplosioni iniettano getti di
protoni ed elettroni nello spazio
interplanetario,
che
possono
produrre
interferenze
nelle
comunicazioni radio terrestri. Inoltre
è in occasione di tali brillamenti che
qui sulla Terra si può a volte assistere
ad uno degli spettacoli più belli che
la Natura ci possa offrire, le aurore
polari.
Non tutti i brillamenti, e non solo questi fenomeni, danno origine
alle aurore Anche i flussi veloci di vento solare e le eiezioni di
massa dalla corona possono, a volte, dar origine a tali eventi.
DUE PAROLE SULLE AURORE POLARI
Un’aurora polare è dovuta all'interazione fra il gas degli strati più
alti dell'atmosfera terrestre e le particelle elettricamente cariche
emesse in gran quantità dal Sole, che vengono catturate dal
campo magnetico della Terra.
Si tratta di una luminescenza colorata nel cielo, simile a un
drappo fiammeggiante che cambia forma di continuo o a un
arco che si estende da orizzonte ad orizzonte. Ha colori per lo più
nei toni del rosso e del verde, ma anche del viola e dell’azzurro.
Questi colori sono emessi dagli atomi di ossigeno (verde e rosso)
e di azoto (viola, azzurro e rosso) dell'alta atmosfera terrestre
quando vengono investiti dagli elettroni provenienti dalla
magnetosfera cioè dall’involucro magnetico che circonda la
Terra.
Un’aurora polare è un fenomeno di grande fascino che avviene
principalmente nelle regioni vicine ai poli terrestri, da cui il nome.
Dobbiamo però dire che, quando il Sole è molto attivo ed il
fenomeno che interessa la Terra è particolarmente intenso, in
termini di energia del flusso di particelle, l'ovale aurorale può
espandersi fino ad interessare le basse latitudini, ed è quindi
possibile vederlo anche qui da noi.
Le aurore polari si chiamano inoltre boreali quando avvengono
intorno al Polo Nord, australi quando si vedono vicino al Polo Sud.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
Le protuberanze solari sono getti di gas eruttati dalla superficie in
forma di colonna che possono disperdersi nello spazio oppure
tornare indietro e ricadere sul Sole. Si tratta più precisamente di
strutture di gas più freddo e denso sostenute in cromosfera e
corona dalle “correnti magnetiche”, arcate magnetiche che si
estendono dalle macchie solari. Alcune hanno evoluzione
rapida, altre, dette quiescenti, possono permanere per mesi.
Altre ancora, a causa dell'espansione delle arcate magnetiche
Una protuberanza solare
di sostegno, possono divenire eruttive e lanciare gas nello spazio
alta oltre 500mila Km,
interplanetario sotto forma di getti o di eiezioni di massa.
osservata dallo Skylab nel
1973 (NASA)
Il vento solare è un flusso continuo di gas dalla corona solare che
investe anche la Terra. Questo gas ionizzato, plasma, che fluisce
in tutte le direzioni ha una velocità che varia dai 200 km/s,
quando il Sole è “quieto” ma può superare anche i 1000 km/s in
condizioni di forte attività solare.
Le eiezioni di massa dalla corona (Coronal Mass Ejection - CME)
sono diverse dai getti di gas legati alle protuberanze eruttive. La
loro struttura è infatti più localizzata rispetto ad una
protuberanza. Un getto può effettivamente eiettare gas sotto
forma di colonna, che può staccarsi dal Sole oppure ricadere
verso il basso.
Insomma il Sole non è certo un “posticino tranquillo”, presenta
diversi fenomeni che possono influire sul nostro pianeta, infatti
oltre alle aurore, vi sono altri effetti sulla Terra che dipendono
dalle condizioni sul Sole. Tutto ciò è oggetto di studio da parte La magnetosfera è la
della: METEOROLOGIA SPAZIALE, scienza che si riferisce alle regione di influenza del
campo magnetico
condizioni sul Sole, nel Vento Solare, nella Magnetosfera, e altri
terrestre.
C’è una regione
strati alti della atmosfera terrestre, che possono influire sulle
di
forte
interazione
tra il
prestazioni e l’affidabilità di sistemi tecnologici spaziali e terrestri
Sole
e
la
Terra
ed
è
la
ed avere effetti sulla vita e la salute dell’uomo.
parte frontale della
magnetosfera, che fende
E’ per questi motivi che, in questi ultimi anni, l’ESA, l’Agenzia
il vento solare e forma
Spaziale Europea non ha perso tempo e ha spedito una flotta di
un'onda d'urto.
sonde dedicate ad uno studio d'insieme della nostra stella.
Si chiamano Ulysses, SOHO e Cluster
La prima ad essere lanciata, nel 1990, fu Ulysses, programmata
per percorrere attorno al Sole una traiettoria davvero speciale.
Cosa più unica che rara, la sua orbita ha permesso infatti le
prime osservazioni dei poli solari e del vento solare che da essi si
sprigiona. Grazie ad Ulysses si è inoltre scoperto che il flusso di
energia che lascia il Sole è lo stesso a tutte le latitudini.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
SOHO invece scruta senza sosta la nostra stella dal 1995. La
sonda
progettata
dall'Agenzia
Spaziale
Europea
in
collaborazione con la NASA, ha il compito di studiare l'atmosfera
esterna del Sole, l'emissione di particelle da parte del Sole e la
loro interazione con l'atmosfera terrestre.
SOHO si trova infatti in un punto che le permette di non perdere
mai di vista l'obiettivo. Questo le consente di controllare la
superficie solare visibile, segnalandoci l'emissione di getti di
particelle cariche verso la Terra. I ricercatori hanno così potuto
osservare il
processo attraverso il quale le particelle
elettricamente cariche emesse dal Sole vengono accelerate dal
campo magnetico del Sole stesso, e "sparate" a enormi velocità
nello spazio circostante. Questo è un aiuto importante per i
ricercatori che grazie ai dati forniti da questi satelliti, si dedicano
oggi alla Meteorologia Spaziale
Le ultime arrivate per
svelare i segreti del Sole
sono le quattro sonde
Cluster, lanciate nel 2000.
Orbitano attorno alla Terra,
studiando
gli
effetti
dell'attività
solare
nello
spazio che circonda il
nostro pianeta.
In particolare nella regione
dove il vento solare incontra la magnetosfera
producendo un’onda d’urto. E’ una specie di “zona di
in cui l’interazione Sole-Terra è fortissima. Nel loro moto,
entrano ed escono da tale zona, trovandosi
completamente esposte al vento solare.
Rappresentazione artistica
delle quattro sonde che
costituiscono Cluster (ESA)
terrestre
confine”
le sonde
a volte
Tutte insieme le sei navicelle, SOHO, Ulysses e le 4 Cluster,
costituiscono una piccola flotta che ci offre una visione
completa della stella a noi più vicina.
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STELLE E NUVOLE: UNA TEORIA SULLE RELAZIONI TRA ASTRONOMIA E CLIMA
FINEEEEEEEE!!!
DOVE CAVOLO
SARÀ LA MIA
GHIANDA??
Questo manuale è realizzato senza alcun scopo di lucro.
Immagini e disegni sono utilizzati in “fair use”
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