LA FORMA DELLA TERRA

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1 LA FORMA DELLA TERRA La forma approssimativamente sferica della Terra può essere dimostrata con alcune prove fisiche, valide prima che l Uomo osservasse la Terra dallo Spazio: 1 - Avvicinamento di una nave al porto, osservata con il cannocchiale; 2 - Forma dell ombra durante le eclissi lunari; 3 - L orizzonte visibile diventa sempre più esteso quanto è più alto il punto di osservazione

2 TERRA PIATTA, TERRA SFERICA, TERRA ELLISSOIDICA Nel 1671 l astronomo francese Richter fu inviato presso l Isola della Cayenna: osservò che il suo orologio a pendolo perdeva, avvicinandosi all Equatore, circa 2 e 30 al giorno. La forza di gravità, che determina le oscillazioni del pendolo, doveva essere minore avvicinandosi all Equatore, in quanto i punti della superficie terrestre sono più lontani dal centro. Nel 700 due spedizioni provarono l esistenza dello schiacciamento dell ellissoide ai Poli. La lunghezza dell arco di meridiano corrispondente ad un angolo di 1 è maggiore vicino ai Poli che all Equatore, se la forma è quella di un ellisse. Il suo polare della Terra è km e quello equatoriale di km. Lo schiacciamento polare è attribuibile alla forza centrifuga della rotazione terrestre, che deforma plasticamente la Terra.

3 LA MISURA DELLA CIRCONFERENZA TERRESTRE: ERATOSTENE (300 a.c.) Calcolando la lunghezza dell ombra e conoscendo l altezza della colonna, si calcola l angolo ϑ. La proporzione è ϑ : 360 = (4400): X Da cui X = 360 / ϑ x (4400) ϑ = 7.2 X = 50 x (4400) = stadi 1 stadio = 185 m

4 I MOVIMENTI DELLA TERRA: ROTAZIONE E RIVOLUZIONE Molti fenomeni osservabili dall uomo dipendono dai movimenti della Terra. I maggiori fra questi fenomeni sono: l alternanza del giorno e della notte le stagioni.

5 LA ROTAZIONE TERRESTRE Il movimento della Terra attorno al proprio asse polare viene chiamato rotazione. Il verso della rotazione terrestre è antiorario se guardato dall asse sopra al polo Nord. L esperimento con cui Leon Foucault ha dimostrato la rotazione della Terra è stato realizzato circa 150 anni fa. Facendo oscillare un pendolo esattamente sopra il Polo Nord, il suo piano di oscillazione non varia nel tempo, mentre la Terra continua il suo moto di rotazione in senso antiorario. All osservatore che si muove insieme alla Terra, sembra invece che sia il pendolo a ruotare nel verso opposto, in senso orario. Gli abitanti dell emisfero australe vedono invece ruotare il pendolo in senso antiorario. Il pendolo di Foucault nel Pantheon di Parigi impiegava circa 31 ore e 45 minuti per compiere una rotazione completa, mentre al Polo Nord 24 ore esatte. L entità della rotazione oraria del piano di oscillazione del pendolo varia in rapporto al seno della latitudine secondo la formula: d = (15 sen L) d = gradi di rotazione oraria L = latitudine

6 LA DURATA DEL GIORNO L alternarsi del giorno e della notte è causato dal moto di rotazione della Terra che avviene attorno ad un asse passante per i poli Nord e Sud inclinato di 23,5 rispetto alla perpendicolare del piano orbitale, l eclittica. La durata dell'intero periodo viene definita giorno e può essere espressa secondo due metodi diversi: Giorno siderale - Intervallo di tempo fra due successivi passaggi di una stella al meridiano e dunque dopo due allineamenti della Terra con la stella. Dura 23 ore 56 minuti e 4 secondi. Giorno solare - Periodo compreso fra due transiti consecutivi del Sole al meridiano e dunque dopo due allineamenti con esso. Dura 24 ore. La differenza fra i due è una conseguenza del contemporaneo moto orbitale del nostro pianeta, che dopo aver compiuto un giro attorno a se stesso, si è nel frattempo spostato facendo quindi variare anche la direzione lungo la quale vediamo il Sole.

7 L ORIENTAZIONE DELL ASSE DI ROTAZIONE CAMBIA NEL TEMPO: LA PRECESSIONE La precessione è un fenomeno di meccanica celeste che provoca la lenta oscillazione dell'asse di rotazione di un pianeta (in particolare della Terra). La ragione è la stessa per cui una trottola, messa in rotazione con l'asse inclinato rispetto alla verticale, oltre a ruotare su se stessa, compie un moto più lento che porta il suo asse di rotazione a spostarsi in modo da descrivere un cono. Se non ci fosse la Luna, la Terra manterrebbe fisso il suo asse di rotazione, il quale è inclinato di 23.5 rispetto al suo piano orbitale (detto eclittica) e che, come noto, punta circa verso la stella polare. In realtà, proprio a causa della sua rotazione, la Terra non è una sfera perfetta ma risulta rigonfiata attorno all'equatore, assumendo una forma di ellissoide. Dato che il rigonfiamento equatoriale terrestre è inclinato rispetto all'eclittica di 23.5, esso non è rivolto direttamente verso la Luna. Pertanto la gravità lunare ha l'effetto di tentare di raddrizzare l asse terrestre. Su scale di tempo dei millenni, ciò ha l effetto netto di far ruotare il suddetto asse di rotazione, facendogli compiere un moto conico con periodo di anni.

8 L ORIENTAZIONE DELL ASSE DI ROTAZIONE CAMBIA NEL TEMPO: LA PRECESSIONE L asse terrestre descrive un movimento in senso antiorario, formando un cono ampio 47 in un periodo di anni. L inclinazione dell asse rimane fissa (a parte in caso di terremoti di Magnitudo >9). La stella alla quale punterà l asse uscendo dall emisfero Nord non sarà sempre la Stella Polare. Durante il moto di precessione, l asse terrestre subisce delle oscillazioni che descrivono una traiettoria sinusoidale: questi moti secondari vanno sotto il nome di nutazione.

9 L ORIENTAZIONE DELL ASSE DI ROTAZIONE CAMBIA NEL TEMPO: LA NUTAZIONE Oltre alla precessione la Luna è anche causa della nutazione, che provoca un moto oscillatorio di breve durata sovrapposto alla precessione stessa. La causa sono sempre gli effetti gravitazionali lunari sul rigonfiamento equatoriale terrestre, ma in particolare la nutazione è dovuta alla non complanarità tra il piano orbitale della Luna e l'eclittica, che fa sì che l'attrazione della Luna non si eserciti sempre nella stessa direzione. In particolare, la linea di intersezione tra i due piani orbitali (linea dei nodi) si sposta nello spazio percorrendo un moto della durata di 18,6 anni, per cui la nutazione ha la medesima periodicità.

10 IL MOTO DI RIVOLUZIONE Il movimento orbitale della Terra attorno al Sole viene detto rivoluzione. Il Periodo di rivoluzione, o anno, è il tempo impiegato dalla Terra a completare un giro attorno al Sole. Il periodo di tempo fra un equinozio di primavera è il successivo dura 365 giorni, 5 ore e 48 minuti. L anno del calendario è di 365 giorni esatti, ma dato che ogni 4 anni questa differenza in meno rispetto all anno tropicale (o tropico) ammonta a 24 ore, si corregge il calendario inserendo il 29mo giorno di febbraio ogni anno bisestile.

11 LE STAGIONI Definiamo quattro punti nell orbita terrestre attorno al Sole: Solstizio d estate Solstizio d inverno Equinozio di primavera Equinozio d autunno

12 IL SOLSTIZIO D ESTATE E IL SOLSTIZIO D INVERNO

13 SOLSTIZI ED EQUINOZI Solstizio d estate: percorso del Sole più alto e più duraturo. Sole a 90 (zenith) lungo il Tropico del Cancro. Sole esattamente sull orizzonte al Circolo antartico, e sempre sotto il piano dell orizzonte al Polo Sud. Solstizio d inverno: percorso più basso e meno duraturo. Sole a 90 (zenith) lungo il Tropico del Capricorno. Sole sempre sotto il piano dell orizzonte al Polo Nord. Equinozi: Il sole sorge precisamente ad Est e tramonta precisamente ad Ovest: il giorno ha uguale durata della notte. Sole a 90 (zenith) lungo l Equatore

14 CLIMA E DIFFERENZA DI DISTANZA AFELIO- PERIELIO Ci sono due punti opposti dell orbita terrestre, nei quali la distanza Terra- Sole è massima e minima. Quando è estate nell emisfero australe il Sole è più vicino (perielio), e quando è inverno nello stesso emisfero australe il Sole è più lontano (afelio). Nell emisfero Sud dovrebbero esserci estati torride e inverni freddissimi. Ma essendovi nell emisfero australe più oceani e meno terra, le stagioni sono meno estreme.

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