La terra

 

 

Grazie alla sua massa la Terra possiede un campo gravitazionale. Il pianeta è avvolto da un involucro gassoso, l’atmosfera, composto prevalentemente da azoto, ossigeno e anidride carbonica. La Terra è costituita da tre strati: crosta, mantello e nucleo. Crosta: esterna, sottile, spessore variabile, formata da materiali molto eterogenei, ma meno densi rispetto al mantello sottostante.

Mantello: la porzione superiore è solida e relativamente fredda, forma con la crosta la litosfera. La parte al di sotto della litosfera è l’astenosfera, strato caldo e plastico dove i materiali sono parzialmente fusi.

 

Nucleo: composto prevalentemente da ferro e nichel, è molto più denso del mantello e della crosta. Nella parte più esterna è liquido, mentre all’interno è allo stato solido. La litosfera (soprattutto la crosta) è soggetta a continui cambiamenti. La dinamica della crosta terrestre può essere ricondotta a due categorie di fenomeni:

• Processi endogeni: fenomeni vulcanici, sismici e i movimenti che coinvolgono regioni limitate o estese della crosta.
• Processi esogeni: processi di modellamento operati dall’azione di idrosfera, biosfera e atmosfera.

 

LA FORMA DELLA TERRA:

 

Il sistema di riferimento sulla Terra:

 

La terra ruota intorno al suo asse di rotazione, esso interseca la superficie della Terra in due punti che durante la rotazione restano fissi: Polo Nord e Polo Sud. Il circolo massimo equidistante dai poli è l’equatore. Il piano passante per l’equatore e il centro della terra divide questa in due emisferi: l’emisfero boreale e australe. In ciascun emisfero si possono individuare altri circoli, i paralleli.

I paralleli di riferimento sono 180, 90 a nord e 90 a sud dell’equatore (parallelo 0). I paralleli sono circonferenze con diametro sempre minore: il 90° parallelo è un punto. I meridiani sono semicirconferenze immaginarie passanti per i poli. Sono convenzionalmente 360. Tutti i meridiani hanno la stessa lunghezza. Il meridiano fondamentale è quello di Greenwich, presso Londra. Il 180° meridiano è l’antimeridiano.

La posizione di un punto sulla superficie terrestre può essere stabilita da due sistemi di coordinate:

• Coordinate relative (o polari): il piano di riferimento è il piano dell’orizzonte (dipende dal luogo in cui si trova l’osservatore). Le coordinate sono due: la distanza (che è la lunghezza del segmento OP che unisce il centro O del piano del piano dell’osservatore con il punto P) e l’azimut (angolo compreso tra il segmento OP e il segmento che congiunge l’osservatore con il Nord, è misurato in senso antiorario).
• Coordinate assolute (o geografiche): sono la longitudine, lalatitudine, altitudine.

Latitudine: distanza angolare tra il parallelo passante per il punto P e l’equatore. Longitudine: distanza angolare tra il meridiano passante per il punto P e il meridiano fondamentale Altitudine: distanza verticale del punto P dal livello medio del mare.(si determina con gli altimetri, tecniche di triangolazione).

I MOVIMENTI DELLA TERRA:

La terra è coinvolta in vari e complessi movimenti, di cui i principali sono il moto di rivoluzione e il moto di rotazione. Inoltre è coinvolta nel moto di traslazione, che con gli altri corpi del sistema solare compie nella Galassia verso la costellazione di Ercole, e nel moto di recessione della Galassia. Moto di rotazione: è un moto uniforme che avviene da ovest verso est in senso antiorario. Il periodo di rotazione prende il nome di giorno sidereo. Ruota con una velocità angolare costante (360°/giorno), ma con una velocità lineare che varia con la latitudine e l’altitudine [nulla ai poli, massima all’equatore (465 m/s); al circolo polare è 187 m/s]. Questo moto sta subendo un progressivo rallentamento (2/1000 di secondi ogni secolo) a causa dell’azione frenante che la Luna esercita sulle masse oceaniche. PROVE E CONSEGUENZE DELLA ROTAZIONE TERRESTRE: Guglielmini nel 1791 dimostrò che mentre un grave appeso a un filo e lasciato cadere si dispone lungo la verticale, un grave lasciato libero di cadere, per esempio dalla sommità di una torre, non cade secondo la verticale, ma devia verso est. Se la Terra fosse immobile il grave sarebbe soggetto solo alla forza di gravità, quindi cadrebbe lungo la verticale. Poiché la Terra invece si muove ogni corpo possiede anche una velocità di rotazione. Questa varia in relazione all’altitudine e alla latitudine. Foucault nel 1851 appendendo un pendolo molto lungo alla volta del Pantheon di Parigi, si accorse che sul piano ricoperto di sabbia la punta del pendolo tracciava solchi diversi, come se il piano ruotasse da est verso ovest rispetto al suolo; poiché il piano invece era fermo dedusse che doveva muoversi il suolo, quindi la terra. In un giorno ottenne una rotazione di 272° rispetto al piano dell’orizzonte. Se il pendolo fosse stato posto ai poli si sarebbe verificata una rotazione di 360°. All’equatore il pendolo non avrebbe ruotato. A latitudini intermedie l’angolo di rotazione si può misurare in base alla relazione: a=360°cosj (j è la latitudine del luogo).

Poiché la terra è pressoché sferica, in ogni istante solo metà della sua superficie riceve la luce solare. La parte illuminata è divisa da quella buia da una linea detta circolo di illuminazione, sempre perpendicolare alla direzione dei raggi solari.  A causa della presenza dell’atmosfera che provoca fenomeni di rifrazione e diffusione il passaggio dal dì alla notte non è brusco ma graduale (crepuscolo). Inoltre a causa della rifrazione il Sole è visibile sull’orizzonte già in po’ prima del suo sorgere e un po’ dopo il suo tramonto.

Poiché la Terra ruota tutti i corpi sono soggetti anche a una forza centrifuga, che è perpendicolare all’asse terrestree diretta verso l’esterno. Il suo valore è: F = mw²r   (m = massa del corpo; w = velocità angolare; r = distanza del corpo dall’asse di rot.) È una forza fittizia e varia a seconda della latitudine: nulla ai poli (r =0), massima all’equatore (r è max). Questa forza ha contribuito allo schiacciamento polare e al rigonfiamento equatoriale. Contrasta la forza gravitazionale, ma non si oppone perfettamente a questa poiché la forza centrifuga è diretta dall’asse terrestre verso l’esterno, mentre la forza gravitazionale è rivolta dall’esterno verso il centro della Terra. Quindi il suo effetto varia a seconda del luogo. La forza di gravità è massima ai poli dove quella centrifuga è nulla; ed è minima all’equatore dove la forza centrifuga è massima.

La rotazione terrestre produce anche la forza Coriolis, che tende a deviare a deviare tutti i corpi in movimento sulla superficie terrestre. Essa dipende dalla latitudine e dalla velocità del corpo. Essa non si verifica se un corpo si muove lungo un parallelo, perché tutti i punti che il corpo incontra sono alla stessa latitudine e hanno la stessa velocità angolare. È anch’essa una forza fittizia. Lo spostamento causato dalla forza di Coriolis è codificato dalla legge di Ferrel: ogni corpo libero di muoversi sulla superficie terrestre in una direzione diversa da quella rappresentata dai paralleli, viene deviato verso la sua destra nell’emisfero settentrionale e verso sinistra nell’emisfero meridionale.

 

Moto di rivoluzione: è il moto che la Terra compie intorno al Sole percorrendo un’orbita ellittica (eclittica), in cui il Sole occupa uno dei due fuochi.

Afelio: punto in cui la Terra si trova più distante dal Sole (c.a.152 milioni di km), viene raggiunto in piena estate. Perielio: punto in cui la Terra si trova più vicina al Sole (c.a. 147 milioni di km), viene raggiunto in pieno inverno. L’asse di rotazione è inclinato rispetto al piano dell’eclittica di 66°33’. Il periodo di rivoluzione è l’anno sidereo. Per la 2° legge di Keplero la Terra è più veloce quando è presso il perielio (30,3 km/s), mentre è più lenta presso l’afelio. La terra non ha una forma perfettamente sferica.La figura geometrica a cui si avvicina di più la forma terrestre è l’ellissoide a tre assi, con due diversi raggi sul piano equatoriale. I geofisici ritengono che la forma della Terra possa essere descritta utilizzando i dati forniti dallo studio della forza di gravità. Si definisce geoide un solido la cui superficie, passante per il livello medio del mare, è perpendicolare in ogni punto alla direzione del filo a piombo.

Movimento apparente del Sole

Il Sole ritarda ogni giorno di 4 minuti rispetto allo sfondo di stelle. Ogni notte quindi troveremo in opposizione al Sole stelle diverse. Osservando per un anno la posizione del Sole a mezzogiorno sullo sfondo celeste, si nota che esso descrive una linea chiusa inclinata di 23°27’ rispetto all’equatore celeste (eclittica). Lo sfondo di stelle lungo il quale il Sole si muove nell’arco dell’anno è lo zodiaco. Poiché l’eclittica è inclinata rispetto al piano equatoriale la declinazione del sole cambia durante l’anno (max 23°27’ N a min 23°27’ S = solstizi) I punti in cui l’eclittica interseca il piano equatoriale sono detti punti equinoziali (gew) .

Giorno sidereo: intervallo di tempo che intercorre tra due successivi passaggi di una stella considerata sul meridiano del luogo (23 h, 56 min, 4s) Giorno solare: intervallo di tempo che intercorre tra due passaggi consecutivi del Sole sullo stesso meridiano (24 h).

Aberrazione stellare:  Le prime osservazioni dell'aberrazione risalgono al xvii sec., ma soltanto intorno al 1728 l'inglese Bradley ne seppe determinare la causa; una completa giustificazione del fenomeno si ricava oggi dalla teoria della relatività. In effetti, osservando un astro, la sua direzione apparente differisce dalla direzione vera, nella quale sarebbe visto se l'osservatore terrestre fosse immobile nello spazio: ciò a causa dell'aberrazione. L’angolo tra la direzione apparente e quella reale della stella prende il nome di angolo di aberrazione.L'osservatore terrestre partecipa alla rivoluzione della Terra intorno al Sole, che si compie alla velocità media di 30 km/sec, pari a circa 1/10.000 della velocità della luce; ne segue che l'angolo assume in questo caso il valore di 1/10.000 di radiante: una convenzione internazionale fissa per tale angolo il valore 20´´,496 (detto costante di aberrazione annua).

Si manifesta quindi una deviazione nel piano (v E) e nel senso v. Accanto all'aberrazione annua e diurna, di cui parleremo, si considerano anche l'aberrazione sistematica e quella planetaria: la prima dipende dal moto dell'intero sistema solare nello spazio, che assume un valore particolare ma praticamente costante per ogni stella; la seconda dipende anche dalla distanza del pianeta dall'osservatore. annua Come effetto dell'aberrazione annua tutte le stelle descrivono apparentemente sulla sfera celeste delle piccole ellissi, quasi circolari, simili e parallele all'orbita terrestre nello spazio e tutte osservabili sotto un identico angolo, qualunque sia la distanza della stella. Tuttavia le ellissi risultano tanto più appiattite quanto più la stella è prossima al piano dell'orbita terrestre (eclittica). Le posizioni apparenti delle stelle debbono essere corrette giorno per giorno di piccole quantità. L’aberrazione diurna dipende dal moto dell'osservatore, solidale con la superficie della Terra, per la rotazione di quest'ultima sul proprio asse. La velocità in questo caso è molto minore rispetto a quella di rivoluzione terrestre e risulta di 450 m/s all'equatore; con l'aumentare della latitudine la velocità diminuisce e si annulla al polo. Le correzioni corrispondenti all'aberrazione diurna vengono generalmente apportate ai risultati delle osservazioni, anziché alle coordinate delle stelle.

 

Le stagioni

 

Poiché l’asse terrestre è inclinato rispetto all’orbita e si mantiene sempre parallelo a se stesso durante il moto di rivoluzione, la declinazione del Sole e la po­sizione del circolo d’illuminazione oscillano periodi­camente tra due situazioni estreme corrispondenti ai due solstizi. Ciò causa due effetti che determinano il susseguirsi delle stagioni:

• le durate del dì e della notte variano nel corso del­l’anno, in modo diverso secondo la latitudine. Solo all’equatore il dì e la notte hanno sempre durata uguale;
• l’altezza del Sole non è costante (nemmeno al­l’equatore), ma varia periodicamente da un massi­mo a un minimo. L’effetto anche in questo caso è differente a seconda della latitudine. Le stagioni astronomichesono i quattro periodi (primavera, estate, autunno, inverno) compresi tra un equinozio e un solstizio o viceversa.

 

I Moti millenari

L’asse terrestre è inclinato rispetto al piano dell’eclittica ( che non coincide con il piano di rivoluzione della Luna intorno alla Terra); tende ad essere raddrizzato dall’azione combinata del Sole e della Luna. Effetto di tale attrazione è che la Terra si comporta come una trottola in rotazione. Il risultato è che descrive nel suo moto un doppio cono. L’angolo di inclinazione è costante, cambia la direzione dell’asse. Il movimento conico è in senso contrario rispetto al moto di rotazione e rivoluzione. Quindi la direzione del polo Nord tra c.a. 13000 anni sarà indicata dalla stella Vega anziché da quella Polare. Il doppio moto conico dell’asse provoca la precessione degli equinozi: la linea degli equinozi si sposta in senso contrario al verso di rivoluzione e gli equinozi anticipano ogni anno di c.a. 20 min. Anno tropico : intervallo tra due successivi equinozi. È 20 min. in meno di quello sidereo. Nutazioni: sono oscillazioni regolari dell’asse terrestre (periodo = 18,6 anni; ampiezza =pochi sec. d’arco). Linea degli apsidi: congiunge afelio e perielio. Si sposta in senso antiorario di 11’ d’arco\anno. Spostamento dovuto all’attrazione esercitata dai pianeti. Afelio e perielio, quindi, vengono incontro alla linea degli equinozi. I due movimenti sommandosi riducono il periodo di precessione.