La sfera celeste.. È tutta un illusione

Transcript

1 La sfera celeste.. { È tutta un illusione

2 Il cielo stellato Tremila sono le stelle osservabili ad occhio nudo

3 La volta celeste Una costruzione che nasce dall interazione dei nostri sensi con il nostro cervello

4 Come apprezzano la distanza i nostri occhi? Oltre un certo limite tutti i corpi ci sembrano alla stessa distanza, da qui nasce la sfera celeste: tutte le stelle sono alla stessa distanza Angolo di parallasse B

5 Ma poi il nostro cervello ragiona e.. anche i monti dovrebbero appartenere alla sfera celeste, ma il nostro cervello sa che questo non è vero, quindi per ovviare a questo assurdo, inconsciamente apporta una correzione: la sfera celeste viene modificata, allargata alla base, per collocare i particolari terrestri prima della sfera celeste

6 Ulteriore conseguenza Sulle dimensioni apparente del Sole e della Luna, quando sono vicine all orizzonte

7 Sempre ai limiti dei nostri sensi va attribuito un altro fenomeno Questo è quello che vediamo Questo è quello che dovremmo vedere Il perché

8 L occhio umano La parte sensibile (retina) nostro occhio è formato da due tipi di ricettori: i coni e i bastoncelli. I primi sono poco sensibili, quindi per lavorare hanno bisogno di una radiazione di una certa intensità, ma sono in grado di distinguere i vari «colori» I secondi sono molto più sensibili, quindi riescono a vedere anche sorgenti pochissimo luminose come le stelle, ma purtroppo non sono in grado di distinguere i colori

9 Quindi.. Dato che le stelle, nella stragrande maggioranza, sono sorgenti molto deboli dobbiamo usare i ricettori più sensibili e quindi le vediamo in bianco e nero. Sono solo una trentina le stelle abbastanza luminose da apparire con il loro colore, per esempio la rossa Antares Purtroppo molte di esse sono stelle bianco-blu e quindi sembrano bianche come le altre Fomalhaut A PsA

10 Luminosità delle stelle b 2,5 È una classificazione soggettiva t 2,9 a 0,9 s 2,9 d 2,3 l 1,6 e2,3 m 3,1 q 1,9 h 3,3

11 A causa dei nostri sensi La risposta dei nostri occhi agli stimoli luminosi è logaritmica: Magnitudine Differenza di luminosità 1 2,5 6,25 15,

12 Falsata dalla distanza a -1,42 8 a.l L ʘ d 1, a.l. 60,000 L ʘ d F.Mazzucconi

13 Un altra conseguenza del modo di ragionare del nostro cervello La tendenza a riconoscere strutture in cose di per se indipendenti: le costellazioni

14 Ma distribuiamole nello spazio a Betelguese l Meissa HD34445 HD37605 Gliese 179 g Bellatrix S637 HD38529 S630 d Mintaka e Alnilam z Alnitak HD h q i b Rigel Terra a.l. k

15 Queste strutture non sono neanche eterne Perché esistono i moti propri delle stelle. Per es. Il grande carro oggi ci appare così, h z e d a g b Fra anni sarebbe irriconoscibile

16 ..e dipendono dal punto di vista Cassiopea (una M): spostandoci anche di poco (4 a.l.) Vista da acen sarebbe una h 16 F.Mazzucconi

17 Punti di riferimento? Purtroppo una sfe-- ra fermae un piano non danno possibilità di identificare un sistema di riferimento Potremmo definire solo il punto verticale (Zenit) e un cerchio massimo (orizzonte) Orizzonte Zenit Ma la presenza del Sole ci dice immediatamente che in cielo qualcosa si muove

18 Il moto diurno del Sole S N Il moto diurno del Sole registrato dall ombra di uno gnomone: questa è stata l origine della misura del tempo e la base dell orientamento

19 Ma se guardiamo con attenzione anche le stelle ruotano Questo ci permette di individuare l asse di rotazione e ilsuo polo

20 E un cerchio massimo

21 Dalle nostre latitudini Il moto delle stelle identifica stelle occidue.circum polari e invisibili N Polo Nord W Zenit W E Orizzonte Meridiano S Polo Sud

22 All equatore Zenit Polo Nord Polo Sud Orizzonte Latitudine 0

23 Al Polo Nord Polo Nord 90 Orizzonte Latitudine 90 Polo Sud

24 Quindi l altezza del polo celeste

25 Il sistema alto-azimutale Questo ci permette di definire il primo e più semplice sistema di riferimento per gli oggetti celesti N Orizzonte E Zenit W Altezza S Azimut

26 Difetti del sistema alto-azimutale Le coordinate cambiano istante per istante E il sistema è locale N Polo Nord Zenit Orizzonte Meridiano S Polo Sud

27 Il Sole sembra spostarsi fra le stelle di un grado il giorno

28 Descrivendo una traiettoria detta eclittica Polo Nord Celeste Equinozio di autunno Solstizio Estivo e in anno descrive una circonferenza in cielo, inclinata di circa 23,5 Solstizio invernale W g 23,5 Eclittica Equatore celeste Equinozio di Primavera Polo Sud Celeste

29 La durate del giorno è variabile Appena si ebbero a disposizione orologi affidabili ci si accorse che la durata del giorno solare durante l anno era variabile,

30 Due sono i motivi Il tempo che ci mette il Sole a ritornare nello stesso punto del cielo dipende dalla velocità di rotazione della Terra, supposta costante, ma anche dalla velocità con cui la Terra si muove nella sua orbita,

31 Ma essendo l orbita un ellisse. Per la seconda legge di Keplero Afelio Sole Perielio Orbita della Terra

32 Ma anche per effetto dell inclinazione Eclittica-Equatore Equatore Eclittica

33 Equazione del tempo I due effetti combinati danno luogo alla variazione della durata del giorno durante l anno Inclinazione dell orbita Variazione velocità perorbita ellittica Somma dei due effetti

34 Sole vero e sole medio Polo Nord Celeste Per ovviare a questi inconvenienti si ricorre ad una convenzione, introducendo un Sole medio, con il che anche l ora solare non ha molto a che spartire con il Sole Equinozio di autunno Solstizio invernale W g 23,5 Equatore celeste Solstizio Estivo Eclittica Equinozio di Primavera Polo Sud Celeste

35 Ma neanche la velocità di rotazione della Terra è costante In effetti la Terra sta rallentando la sua velocità di rotazione di 2 millesimo di secondo al secolo. Sembra un fenomeno trascurabile, ma ha conseguenze importanti: per esempio la durata del giorno si allunga, come dimostrano le ritmiti mareali, il cui spessore diminuisca andando indietro nel tempo. Gli effetti di tale fenomeno trascurabile si accumulano nel tempo, dando luogo a differenze notevoli nella posizione delle stelle in cielo: 1 secolo 2 secoli 4 secoli 6 secoli 8 secoli 10 secoli 15 secoli 20 secoli ore 2.28 ore 4.06 ore secondi minuti minuti minuti minuti

36 Il motivo La causa va ricercata nella reciproca interazione fra la Terra e la Luna: la Luna causa le maree, le quali vengono trascinate dalla Terra, questo causa un attrito che rallenta la Terra. Inoltre questo causa un accelerazione della luna che quindi è costretta ad allargare la sua orbita, allontanadosi di 3,82 cm l anno

37 Ma il giorno solare coincide con il giorno siderale? Ricordandosi che tutti questi movimenti sono fasulli, e che il Sole e le stelle stanno fermi (in prima approssimazione) e quella che si muove è la Terra. Ma dato che mentre gira su se stessa la Terra si sposta nell orbita Quanto tempo ci mette la Terra a fare un giro completo? misurato in ore solari medie ci mette circa 23 h e 56 m, corrispondenti al giorno siderale.

38 Moto del Sole Come si traduce il moto sull eclittica nel moto giornaliero del Sole? 21 giugno Equatore Orizzonte Eclittica Equinozi 21 dicembre

39 Variazione dei punti di alba e tramonto del Sole nel corso dell anno 21 giugno 21 marzo 21 dicembre E S N W

40 Dipendenza del sorgere e tramontare del Sole dalla data e dalla latitudine Luogo Data Sorgere Tramontare Durata Firenze 01/10 06:13:46 17:55:13 11 h 35 m 09 s N 30/10 06:49:32 17:07:30 10 h 11 m 08 s Napoli 01/10 06:00:50 17:44:24 11 h 37 m 33 s N 30/10 06:32:29 17:00:47 10 h 21 m 48 s

41 Altri corpi visibili in cielo Se osserviamo il cielo con attenzione non ci possono sfuggire alcuni corpi che, più (Luna) o meno (pianeti) facilmente riconosciamo non essere stelle

42 Come si fa a distinguere i pianeti dalle stelle? Perché le prime scintillano e i pianeti no! Dipende dalle dimensioni apparenti degli oggetti: le stelle, viste da Terra, sono puntiformi, mentre i pianeti, anche se sembrano puntiformi come le stelle, in effetti sono dei dischetti che hanno una certa dimensione. Inoltre..

43 Mercurio I pianeti si trovano sempre nelle vicinanze dell eclittica e si muovono rispetto alle stelle, talvolta di moti molto particolari Sole Mercurio 01/01/02 Sole Mercurio 26/02/02

44 Venere Venere e Mercurio sono sempre nelle vicinanze del Sole Venere 10/04/02 Sole Sole Venere 01/01/02 Sole Venere

45 Marte Anche gli altri tre pianeti visibili ad occhio nudo, hanno moti simili, ma solo quando si trovano opposti al Sole Eclittica Marte 16/12/03 Marte 01/06/03

46 Giove Eclittica Giove 29/05/02 Giove 30/06/01

47 Saturno Eclittica Saturno 01/05/01 Saturno 10/07/00

48 Spiegazione di Copernico per il moto retrogado dei pianeti Orbita della Terra Orbita del pianeta inferiore Sfera delle stelle Orbita della Terra Orbita del pianeta superiore Sfera delle stelle Sole Sole

49 Moto della Luna Lo spostamento è di circa 13 al giorno su di un orbita inclinata di 5 rispetto all eclittica Luna 17/01/02 Sole Sole 10/01/02 Luna Eclittica

50 Inclinazione dell orbita Orbita della Luna Equatore Eclittica 23,5 5

51 Il fatto che l orbita della Luna sia ellittica si ripercuote sulle dimensioni apparenti

52 Rotazione e rivoluzione Il periodo di rotazione e quello di rivoluzione sono uguali, questo porta come conseguenza che la Luna ci mostra sempre la stessa faccia, in prima approssimazione. Questo fenomeno è dovuto al fatto che la Luna non è omogenea e quindi, con il tempo, la parte più densa si è bloccata in direzione della Terra

53 Perché ho detto in prima approssimazione? In effetti noi vediamo sempre solo il 41% della superficie lunare, mentre un altro 41% rimane sempre invisibile. Il restante 18% può essere visibile o no a causa di tre motivi diversi che ci offrono la possibilità di vedere porzioni variabili della superficie. Tali effetti si chiamano.

54 La librazione

55 Il Fenomeno delle fasi S O L E

56 Luna piena il 21 dicembre La composizione delle orbite e la fase, fanno si che la Luna piena, che si trova sempre dalla parte opposta del Sole, in dicembre sia sempre molto alta nel cielo e.. Eclittica Orbita della Luna Equatore Orizzonte

57 Luna piena il 21 giugno Eclittica In estate sia sempre molto bassa Equatore Orizzonte Orbita della Luna

58 Mese sidereo e sinodico Il fenomeno delle fasi ha una periodicità di circa 29,53 giorni, mentre il tempo che impiega la Luna a compiere un giro completo attorno alla Terra è di 27,32 giorni, la causa è sempre il moto della Terra attorno al Sole

59 Importanza del mese sinodico Il fenomeno delle fasi (e quindi il mese sinodico) è alla base del concetto stesso di mese ed è alla base di gran parte dei calendari più antichi (sumero-babilonese, ebraico e arabo) e inizialmente anche di quello egiziano e romano

60 La Terra all orizzonte

61 Eclissi di Sole Orbita della Luna Eclittica Il fatto che la Luna ed il Sole viaggino con velocità angolari differenti su orbite che si intersecano, porta come conseguenza che talvolta si sovrappongano: dando origine ad una eclisse di Sole

62 Eclisse di Luna Oppure che la Luna transiti nel cono d ombra delle Terra: eclissi di Luna Eclittica Orbita della Luna

63 Sistema equatoriale relativo Polo nord celeste Zenit Meridian o Equatore Celeste Ma più usato è un sistema misto N E d AO S Orizzonte W Polo sud celeste

64 Sistema equatoriale assoluto Se vogliamo avere un sistema di riferimento più generale conviene usare punti di riferimento legati al moto della sfera celeste Polo nord celeste N Orizzonte Eclittica E Zenit W g AR d AO Meridian o Equatore Celeste Polo sud celeste S

65 Costanza dei punti di riferimento Quando si parla di sistemi di riferimento, occorre far notare che i punti che noi usiamo per definire le coordinate non sono stabili. In particolare cambia la posizione del punto g (di due diametri lunari al secolo), in quanto cambia la direzione dell asse terrestre. Questo è un fenomeno, ben noto dai tempi di Ipparco di Nicea (II secolo a.c.),che fa ruotare l asse terrestre attorno alla perpendicolare al piano dell orbita con periodo 26,000 anni, Quindi quando si danno le coordinate occorre sempre definire a quale anno il sistema fa riferimento.

66 La trottola

67 La causa della precessione P = anni Luna Terra Sole 23,5

68 Polo nord dell eclittica Polare Vega

69 Polo Sud dell eclittica Canopo a Car Achernar - a Eri

70 Equinozio 21 Marzo 2010

71 Equinozio nel 130 a.c. 21 marzo 130 a.c.

72 A cui vanno aggiunti.. La nutazione e la deriva dei poli

73 A proposito del Sole.. Anche il suo bel colore bianco-giallo è un illusione dei nostri occhi e dell atmosfera: Se prendiamo le curve di Planck, quella corrispondente alla temperatura del Sole ( 6,000 K), il massimo dell emissione corrisponderebbe al colore verde Questo in parte dipende dalla sensibilità cromatica del nostro occhio, che ha un massimo nel giallo E in parte..

74 L effetto dell atmosfera A causa della rifrazione, che è selettiva in lunghezza d onda, tutte passano indisturbate attraverso l atmosfera, salvo la radiazione corrispondente al colore blu, che viene in parte diffusa in tutte le direzioni, finendo per illuminare il cielo, colorarlo di azzurro e spostare la somma dei colori dal verde al giallo

75 Il tramonto Per lo stesso motivo all alba e al tramonto il cielo si colora di rosa e poi di rosso, in quanto, aumentando lo strato di atmosfera da attraversare a causa dell obliquità dei raggi solari, anche le radiazioni a lunghezza d onda maggiore (rosso) vengono diffuse su tutto il cielo

76 Con il che si dimostra che tutto quello che, in cielo, pensiamo sia il reale aspetto delle cose, in effetti è solo una più o meno marcata mediazione fra la realtà e i nostri sensi F i n e