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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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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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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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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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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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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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