1 ottobre 2009 Le conferenze della Specola

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1 1 ottobre 2009 Le conferenze della Specola "La Terra: un'astronave planetaria" Bedogni Roberto INAF Osservatorio Astronomico di Bologna 1

2 Da dove veniamo - la formazione del Sistema solare Dove siamo posizione e moto nella Galassia Chi siamo - il moto della Terra e dei pianeti nel Sistema solare Dove andiamo presente e futuro del pianeta vivente 2

3 La formazione del Sistema solare 3

4 4

5 La sequenza di formazione del Sistema solare 5

6 La Via Lattea - La Galassia 6

7 Parsec, anno luce ed unità astronomica Non è difficile ricavare una semplice relazione tra le principali unità astronomiche d= 1 parsec= UA = 3,2616 a.l. Ad esempio, il satellite Hipparcos ha misurato la parallasse di Proxima Centauri, la stella più vicina, pari a 0,77233 secondi di arco (±0,00242") Quindi la sua distanza è di 1/0,772=1,29 parsec oppure di 4,22 anni luce (±.01 a.l). 7

8 La missione Hipparcos High Precision Parallax Collecting Satellite 8

9 La missione Hipparcos Il programma è stato suddiviso in due parti: L esperimento Hipparcos che ha misurato i principali parametri astronometrici (tra cui i moti propri) di stelle con una precisione tra 2 e 4 milli-arcsec L esperimento Tycho con la misura dei parametri astrometrici (a minor precisione ) e della fotometria bicolore di altre stelle. Alla fine sono stati prodotti due cataloghi nel giugno del I dati di Hipparcos e Tycho hanno permesso di costruire il Millennium Star Atlas: un atlante stellare di 1 milione di stelle sino alla 11 magnitudine visuale oggetti non stellari 9

10 Apice Solare Si può in questo modo, e ci era già riuscito Herschel nel 1783, individuare l Apice solare V = velocità del Sole verso l Apice ~217 km/sec ascensione retta (RA)= 18h 28m 0s declinazione (dec) =30 nord, La direzione dell Apice solare è a sud-ovest della stella Vega vicino alla costellazione di Ercole Il moto solare riflesso è la chiave di volta per ricostruire la distribuzione delle stella nella Via Lattea 10

11 I dintorni del Sole Riproduzione artistica del dintorni del Sole con l orbita del Sistema solare 11

12 La Via Lattea IR & MSX 42 x Animazione del piano galattico visto dalla survey ATLASGAL in rosso le lunghezze d onda submillimetriche, sovrapposte ad una vista della regione nell Infrarosso in verde e blu dalla Midcourse Space Experiment (MSX). L immagine ha una dimensione di 42 x 1,75 gradi 12

13 La Galassia-Via Lattea Centro galattico Aquila Cigno Cefeo Cassiopea Sagittario Scorpione Monoceros Perseo Auriga Puppis Cane maggiore Orione anni luce 13

14 Il moto nella Galassia influenza la vita sulla Terra? 14

15 Il moto nella Galassia influenza la vita sulla Terra? 15

16 Il moto nella Galassia influenza la vita sulla Terra? 16

17 Ecosfera Galattica 17

18 Ecosfera Galattica ed abitabilità planetaria Un pianeta, per essere abitabile, deve trovarsi sufficientemente vicino al centro galattico, dove si concentrano alti livelli di elementi pesanti, grazie ai quali possono originarsi pianeti rocciosi. 18

19 Ecosfera Galattica pericoli da evitare Il 27 dicembre 2004 è arrivato un lampo di raggi gamma dalla Magnetar SGR Il lampo ha avuto effetto sull atmosfera terrestre giungendo da una distanza di oltre a.l. I siti protoplanetari non devono trovarsi troppo vicino al centro della Galassia: questo, per evitare un numero di impatti troppo alto con comete e asteroidi e le radiazioni delle supernovae, gamma ray burst, magnetar 19

20 Ecosfera Galattica le esplosioni di supernovae Il sistema binario IK Pegasi a 150 anni luce dalla Terra è costituito da una stella di sequenza principale ed da una Nana Bianca di massa pari a 1,15 la massa del Sole. E il candidato più vicino, nei prossimi milioni di anni, ad esplodere come Supernova di Tipo Ia. 20

21 Ecosfera Galattica GRB lampi di raggi gamma I GRB rilasciano un energia di circa J (circa 2,4 x Megatoni) o corrispondente ad 1/2000 di massa solare equivalente 21

22 Ecosfera Galattica Distribuzione delle Cefeidi su piano galattico 207 cefeidi Povere di metalli Ricche di metalli Δ 58 Cefeidi con metallicità fotometriche 22

23 Nella nostra galassia (la Via Lattea), la zona galattica abitabile è, al momento, considerata estendersi ad una distanza di circa anni luce (8 kiloparsec) dal centro galattico, contenente stelle con una età compresa tra i 4 e gli 8 miliardi di anni Ecosfera Galattica 23

24 Giove Saturno Un ambiente ricco di pianeti extrasolari Urano e Nettuno Terra e Venere Marte 24

25 Stelle entro 5000 anni luce 25

26 Stelle entro 2000 anni luce 26

27 Il telescopio Keplero 27

28 Gliese 581 e la zona di abitabilità 28

29 COROT 7b-7c Nome Massa Semi asse maggiore Periodo orbitale Eccentricità Raggio T transit Inclinazione CoRoT-7 b (2009) (± ) M J 4.7 M T (density 5.5 gr/cm 3 ) (± ) AU (± 2.4e-05) d (± 0.008) R J 1.65 R T (± ) 80.1 (± 0.3) deg. CoRoT-7 b (2009) (± ) M J 8.37 M T AU (± 0.003) d

30 Chi siamo una doppia astronave chiamata Terra-Luna 30

31 La Luna e la Terra un pianeta doppio Le dimensioni della Luna rapportate a quella della Terra 31

32 La formazione della Luna 32

33 Il modello dell Impatto Gigante 33

34 L Impatto Gigante Se il corpo che ha colpito la prototerra era delle dimensioni e della composizione di Ganimede 34

35 L Impatto Gigante Che cosa ha lasciato in eredità al nostro pianeta? 35

36 Chandrayaan-1 spacecraft cratere Clark NASA's Moon Mineralogy Mapper, M3, 25 settembre 2009 comunicato NASA 36

37 Vita significa acqua liquida su Marte? 37

38 Marte 38

39 Marte 39

40 Chi siamo - il moto della Terra attorno al proprio asse ed il moto dei pianeti nel Sistema solare 40

41 Terra il pianeta vivente 41

42 Clima =, cioè inclinazione Klinos Insolazione Per cortesia di Massimo Mazzoni (Univ. Di Firenze) 42

43 Incidenza dei raggi solari Per cortesia di Massimo Mazzoni (Univ. Di Firenze) 43

44 Moto orbitale della Terra 152 milioni km 147 milioni km 415 Terre Ma la differenza in energia è solo il 7% Per cortesia di Massimo Mazzoni (Univ. Di Firenze) 44

45 Solstizio d estate Stagioni Firenze: latitudine orizzonte Il Sole è alto sull orizzonte Per cortesia di Massimo Mazzoni (Univ. Di Firenze) 45

46 Solstizio d inverno Stagioni Sei mesi dopo, sul punto opposto dell orbita Il Sole è basso sull orizzonte Per cortesia di Massimo Mazzoni (Univ. Di Firenze) 46

47 Variazioni orbitali e clima terrestre I cicli glaciali sono innescati da variazioni astronomiche?? L accendino climatico I dati paleoclimatici suggeriscono variazioni delle quantità osservate modulate su diversi periodi tra cui quelli di: 19000, 26000, e anni 47

48 Variabilità Climatica -i cicli di Milankovitch Le variazioni orbitali non sono sufficienti per rendere conto dei cicli glaciali in quanto non modulano gli stessi periodi! M. Milankovitch nel 1920 propose allora che, ben più importante delle variazioni dell eccentricità fossero le variazioni dell inclinazione dell asse di rotazione terrestre e della sua precessione 48

49 I cicli di Milankovitch variazione dell inclinazione dell asse terrestre Variazione dell inclinazione dell asse terrestre da a con un periodo di anni (dovuto alla risonanza tra il moto dei nodi e la precessione lunisolare) 49

50 I cicli di Milankovitch precessione dell asse terrestre Precessione dell asse terrestre con un periodo di anni 50

51 Marte e la Terra Terra Marte Anno Gravità Lumino sità 365 g 686 g 9,81 m/s 2 3,72 m/s 2 1 0,44 Le variazioni dell obliquità terrestre sono contenute in soli 2 gradi Le variazioni dell obliquità di Marte sono caotiche e maggiori di 2 gradi Cos è che stabilizza il clima terrestre?? 51

52 Marte e la Terra Cos è che stabilizza il clima terrestre?? 52

53 Orbite planetarie eccentricità ed inclinazione Laskar (1994) 53

54 Dove andiamo passato, presente e futuro del pianeta vivente 54

55 La Terra, il pianeta vivente Perché la Terra è sistema vivente 1) Si trova nella fascia abitabile del Sistema solare 2) Ha una atmosfera di tipo secondario cioè evoluta 3) E geologicamente attiva 4) C è la Luna 5) Lo dicono i biologi 55

56 La Terra, il pianeta vivente 56

57 La vita sulla Terra 57

58 La vita sulla Terra 58

59 La Terra, evoluzione umana 59

60 L Olocene, Younger Dryas ed Emiano Una ricostruzione dell Europa nell ultimo periodo freddo (Younger Dryas) prima dell Olocene anni fa L'Olocene è l'epoca interglaciale più recente, quella in cui ci troviamo oggi ed ha avuto inizio circa anni fa. L ultimo periodo freddo prima dell Olocene è lo Younger Dryas tra ed anni fa. L Emiano è la precedente epoca interglaciale che i dati paleoclimatici situano circa anni fa! 60

61 L (in)sostenibile leggerezza della astronave Terra 61

62 Un delicato equilibrio Radiazione solare Atmosfera Attività interna 62

63 La zona di abitabilità planetaria 63

64 L evoluzione della atmosfera terrestre 64

65 Proprietà fisiche dell atmosfera terrestre Alpi e pianura padana L atmosfera è costituita dallo strato di gas che circonda un pianeta L atmosfera della Terra è sottile (~1,5% del raggio) La pressione è data dalle collisioni delle molecole dei gas La pressione diminuisce con l altezza, quindi il gas è più compresso verso il basso Il gas è in equilibrio idrostatico 65

66 Il riscaldamento della Terra Riscaldamento (senza atmosfera) dipende dalla distanza dal Sole dall albedo, A = energia riflessa/energia incidente Albedo A = 0 nessuna riflessione, tutta l energia viene assorbita; A=0,1-0,25 rocce A=0,7 nubi A=0,8 ghiaccio A = 1 tutta l energia viene riflessa A Terra = 0,38 Bilancio energetico Energia emessa ed energia ricevuta devono eguagliarsi 66

67 L assorbimento dell atmosfera terrestre Aurore Esosfera [Ionosfera] Riscaldamento da fotoni X ed UV, ionizzazione, fuga di gas. Il gas è costituito da ioni ed elettroni Fotoni X UV Visibili Forte riscaldamento per alto assorbimento di UV Riscaldamento per effetto serra, correnti convettive 67

68 Effetto serra (greenhouse) H 2 O CO 2 CH 4 N 2 O 68

69 La composizione dell atmosfera terrestre Azoto 78,08% Ossigeno 20,95% Argon 0,93% Vapore acqueo 0,33% (gas serra) Anidride carbonica 0,032 % (320 ppm) (gas serra) Neon 0,00181% (18 ppm) Elio 0,0005 % (5 ppm) Metano 0,0002 % (2 ppm) (gas serra) Idrogeno 0,00005 % (0,5 ppm) Kripton 0, % (0,11 ppm) Xeno 0, % (0,08 ppm) Ozono 0, % (0,04 ppm) Biossido di azoto Tracce (gas serra) 69

70 Il tempo -meteorologia e clima Meteorologia: studia l andamento del tempo su breve intervalli temporali (giorni), e dipende da vari parametri (venti, nuvole, pressione e temperatura) Clima: studia l andamento del tempo su lunghi intervalli temporali (anni,decine di miglia, milioni di anni) 70

71 E determinata dai cicli naturali del clima dovuti alle variazioni dell orbita della terra attorno al Sole ed alle variazione dell emissione solare. Piccole e grandi Ere Glaciali La variabilità climatica 71

72 I cambiamenti climatici Sono invece causati dalla immissione in atmosfera di gas serra dovuti all attività umana, (fase pre-industriale e post-industriale) le emissioni di CO 2 sono prodotte dall utilizzo dei combustibili fossili (ultimi 100 anni) le emissioni di metano CH 4 sono causate dallo sviluppo dell agricoltura (ultimi 5000 anni) 72

73 Il budget energetico Due sono le fonti di energia che, interagendo con l atmosfera terrestre, hanno effetto sul clima terrestre: L Energia Solare (Variazioni Climatiche) L Energia Interna della Terra (Variazioni Climatiche) A queste recentemente si è aggiunta la produzione di energia ottenuta dai combustibili fossili (Cambiamento Climatico) 73

74 Energia interna L Energia interna si manifesta con: Movimenti della crosta terrestre (tettonica a zolle) effetti su lunghi periodi di tempo (milioni di anni) Eruzioni di vulcani e super-vulcani variazioni improvvise, non prevedibili che hanno profonde conseguenze sul clima globale 74

75 Energia solare Ogni secondo l energia che dal Sole raggiunge la Terra è pari a L =3, erg/sec=3, Watt Per unità di superficie fuori dell'orbita terrestre 1367 watt/m² (costante solare). La quantità di energia, mediata sulle 24 ore e sulle 4 stagioni è, al suolo, alle latitudini europee di circa 200 watt/m². 75

76 Variabilità dell insolazione solare Oltre alla variabilità diurna ed annua la insolazione cambia in due modi 1. Su lunghi intervalli di tempo da a anni Variazioni millenarie dei parametri orbitali eccentricità dell orbita ed a variazione dell inclinazione dell asse di rotazione terrestre 2. Su intervalli di tempo da pochi anni a migliaia di anni Attività solare 76

77 Attività solare nel

78 I principali fattori delle variazioni climatiche L atmosfera terrestre è in continua interazione con: La radiazione solare Gli oceani I ghiacci polari e continentale I deserti I vulcani La tundra polare Le foreste temperate tropicali equatoriali Le zone umide 78

79 L avanzamento dei ghiacci-retroazione Inverno in America Settentrionale (animazione) 79

80 Paleoclimatologia le carote di ghiaccio The Greenland Ice Core Project (GRIP) The Greenland Ice Sheet Project 2 (GISP2) Artide-Groenlandia fino a anni fa Vostock station-antartide fino a anni fa Epica Project-Antartide fino a anni fa 80

81 Dati Paleoclimatici della Groenlandia Intervallo caldo medievale Piccola era glaciale Dryas Recente 81

82 Le misure in Antartide La calotta glaciale, che ricopre l'antartide nella sua quasi totalità ( km² senza ghiaccio, km² di ghiaccio), supera a volte i 4500 m di spessore, e costituisce il 90% della riserva di acqua dolce del globo. È stato calcolato che alcuni iceberg possono raggiungere e superare le dimensioni della Corsica. Le misure in Antartide permettono di ricostruire il clima dell emisfero sud per sei cicli glaciali 82

83 Dati Paleoclimatici dell Antartide (Vostok) Il respiro climatico NB oggi! 83

84 Dati Paleoclimatici confronto a diverse latitudini NB anni fa! 84

85 Circolazione oceanica Il Grande Nastro Trasportatore 85

86 I vulcani ed il clima 86

87 Test nucleari in atmosfera nel Chernobyl e test nucleari Esplosione della centrale nucleare di Chernobyl Aprile-Maggio 1986 La radioattività di Chernobyl raggiunge il Polo Sud nel gennaio del

88 I cambiamenti climatici Gli ultimi 150 anni Ricostruzione del clima del passato dati strumentali Andamento della anomalia di temperatura dell'aria nell'emisfero nord negli ultimi 150 anni (i dati sono espressi come deviazione della media di riferimento ) 88

89 Cambiamenti climatici il ghiacciaio Scersen

90 Cambiamenti climatici il ghiacciaio Scersen

91 Cambiamenti climatici Il riscaldamento osservato al polo nord 91

92 Cambiamenti climatici I gas serra 92

93 Scenari di Clima Globale 93

94 Scenari di Clima Globale 94

95 Scenari di Clima Globale 95

96 Ogni giorno l azione antropica 60 milioni di tonnellate di CO ettari di foresta distrutti tonnellate di pescato 100 specie estinte ettari di terra convertiti ad arabile 96

97 La presentazione è terminata 97