La Terra e il paesaggio Dinamiche dell’idrosfera e dell’atmosfera Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini La Terra e il paesaggio Dinamiche dell’idrosfera e dell’atmosfera

Capitolo 1 La Terra: una visione d’insieme Lezione 1 La Terra nel sistema solare §1.1 Un cratere misterioso §1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare §1.3 La nascita della Terra §1.4 La nostra piccola compagna: la Luna

§1.1 Un cratere misterioso La scienza si fonda sulla curiosità, sul dubbio e sul tentativo di fornire spiegazioni più efficaci, capaci di tenere meglio conto dei dati raccolti.

§1.1 Un cratere misterioso In Arizona (USA), in un’area arida e pianeggiante non lontano dal Grand Canyon, si trova il Meteor Crater, una cavità aperta nel terreno larga 1,2 km e profonda 170 m. I primi coloni che nell’Ottocento si imbatterono in questa cavità la chiamarono «cratere», perché la ritenevano di origine vulcanica. La presenza di una zona con attività vulcanica alla distanza di circa 70 km sembrava la conferma dell’origine vulcanica di quel cratere. 4 4

§1.1 Un cratere misterioso Nei primi anni del Novecento Daniel Barringer, un ingegnere minerario che aveva studiato l’area del cratere, si convinse che l’origine del cratere fosse dovuta all’impatto di un corpo di origine extraterrestre, una meteorite, avvenuto circa 50.000 anni fa. Barringer suppose che il cratere fosse di origine meteoritica a causa di alcune caratteristiche delle rocce che si trovavano all’interno del cratere e nei suoi dintorni. 5 5

§1.1 Un cratere misterioso Barringer trovò alcuni dati utili a dimostrare la propria ipotesi: • l’assenza di rocce di origine vulcanica nelle vicinanze del cratere; • la presenza di quantità enormi di roccia finemente polverizzata; • la presenza di piccole particelle ferrose di origine meteoritica mescolate in uno stesso strato con detriti provenienti dalle rocce del cratere; 6 6

§1.1 Un cratere misterioso • gli strati rocciosi al bordo superiore del cratere apparivano come ripiegati all’indietro; • una perforazione rivelò che ovunque gli strati erano rimasti indisturbati, nella loro collocazione originaria. Il riconoscimento dell’origine meteoritica del cratere studiato da Barringer indusse a considerare i corpi extraterrestri come elementi importanti per il modellamento della superficie terrestre. Fu così dimostrato che il cratere si era originato per un’azione dall’esterno, non dall’interno. 7 7

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare Le meteoriti sono corpi che fanno parte, insieme alla Terra e a molti altri corpi celesti, del sistema solare. Caratteristica comune a tutti i corpi del sistema solare è che sono costretti a percorrere traiettorie curve intorno a una stella centrale, il Sole. La vicenda del cratere meteoritico dell’Arizona si presta per una breve riflessione sul modo con cui procede la ricerca scientifica. La ricerca scientifica è una modalità di conoscenza attraverso la quale si cercano risposte a domande e problemi. I corpi appartenenti al sistema solare sono distinti in pianeti, pianeti nani, satelliti e corpi minori, che comprendono asteroidi, comete e meteoroidi. 8 8

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare I pianeti sono i corpi principali del sistema solare. In ordine di distanza crescente dal Sole, sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno.

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare Per essere considerato pianeta un corpo celeste deve: ruotare intorno al Sole; avere una massa sufficiente a generare una forza di gravità che permetta di acquisire una forma quasi sferica; avere catturato o espulso tutti i piccoli corpi che si sono venuti a trovare vicino alla sua orbita; non essere satellite di altri pianeti. A Praga, durante la seduta del 24 agosto 2006, l’Unione Astronomica Internazionale ha declassato Plutone da pianeta a pianeta nano. I pianeti nani, come Plutone, Cerere ed Eris, non rispettano tutti questi requisiti.

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare I satelliti sono corpi celesti che ruotano intorno a un pianeta, come il pianeta ruota intorno al Sole. Gli asteroidi, detti anche pianetini, sono corpi rocciosi irregolari e di piccole dimensioni che si trovano più di tutto concentrati tra l’orbita di Marte e quella di Giove.

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare La Luna: il satellite naturale della Terra L’asteroide Ida con il suo satellite Dactyl

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare Le comete sono corpi celesti costituiti da frammenti della stessa materia da cui ebbe origine il sistema solare, non ancora catturati da alcun corpo maggiore. Le comete hanno diametro di alcuni km e sono formate da ghiaccio e polvere. Quando si avvicina al Sole, il ghiaccio vaporizza, formando la coda luminosa. La coda è rivolta dall’altra parte del Sole, perché sospinta dal vento solare.

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare I meteoroidi sono corpi solidi di dimensioni varie presenti nello spazio extraterrestre. Quelli che entrano nel campo gravitazionale della Terra lasciano una scia luminosa, per attrito con i gas atmosferici.

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare I meteoroidi sono corpi solidi presenti nello spazio extraterrestre; se entrano nel campo gravitazionale della Terra lasciano una scia luminosa, per attrito con i gas atmosferici. Se non arrivano a colpire la superficie terrestre sono chiamati meteore. I meteoroidi più frequenti sono quelli più piccoli, che si consumano del tutto durante la caduta.

§1.2 Le meteoriti e gli altri corpi del sistema solare I meteoroidi di dimensioni maggiori, le meteoriti, non si consumano completamente durante il passaggio nell’atmosfera e finiscono per urtare contro la superficie terrestre a grande velocità.

§1.3 La nascita della Terra L’età della Terra è stimata in circa 4,5 miliardi di anni. Molti dati indicano che tutti i corpi del sistema solare hanno all’incirca la stessa età. Tutti i corpi celesti del sistema solare si sono formati insieme al Sole: durante la fase di Protosole, la parte centrale della nebulosa divenne la stella Sole, mentre la parte periferica diede origine agli altri corpi. I campioni di rocce lunari riportati a Terra dagli astronauti risalgono a circa 4,5 miliardi di anni fa. La stessa età si ricava dall’esame delle meteoriti.

§1.3 La nascita della Terra I materiali di una nebulosa, gas e polveri, si aggregano per la gravità e si innalza la temperatura. Protosole in via di formazione Al centro nasce il protosole: il Sole nelle fasi iniziali, quando ancora non si è innescata la fusione nel nucleo. La materia che precipita verso il protosole genera il disco di accrescimento. Il disco del Protosole si concentra sempre più e si riscalda al centro. Tutte le conoscenze finora raccolte sostengono l’ipotesi che i corpi del sistema solare si sono formati insieme al Sole, nel corso dello stesso processo. Il protosole diviene sempre più caldo: iniziano le reazioni termonucleari che portano alla formazione di elio e alla liberazione di energia. Nasce il Sole. La parte centrale diventa il Sole, le polveri e i gas residui formano i pianeti. 19 19

§1.3 La nascita della Terra Il Protosole era caldo e denso, mentre la parte periferica era fredda e formata da gas e polveri. Questi materiali subirono collisioni continue innescando un processo di concrescenza che portò alla formazione di corpi di dimensioni sempre più grandi. Uno dei pianeti, il terzo partendo dal Sole, era la Terra.

§1.3 La nascita della Terra Il moto di rotazione di un corpo celeste avviene intorno a un asse interno al corpo. Il moto di rivoluzione di un corpo celeste avviene intorno a un asse esterno al corpo. La vicenda del cratere meteoritico dell’Arizona si presta per una breve riflessione sul modo con cui procede la ricerca scientifica. La ricerca scientifica è una modalità di conoscenza attraverso la quale si cercano risposte a domande e problemi. 21 21

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna La Luna è il satellite della Terra ma, poiché la Luna ha massa non trascurabile rispetto alla Terra, è più corretto considerare Terra e Luna come un sistema formato da due pianeti. La Luna è ben visibile dalla Terra perché manca di atmosfera. Le aree chiare e scure che si distinguono sulla superficie lunare corrispondono rispettivamente a rilievi e a zone pianeggianti. La Luna inoltre risente principalmente dell’attrazione gravitazionale del Sole. 22 22

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna I moti principali della Luna sono tre: • rotazione intorno al proprio asse; • rivoluzione intorno alla Terra; • traslazione con la Terra intorno al Sole. Il moto di rotazione avviene in circa 27 giorni e mezzo. Il moto di rivoluzione ha la stessa durata della rotazione. Il moto di traslazione avviene in un anno. La Luna durante la sua rivoluzione mostra sempre la stessa faccia rivolta verso la Terra. Ciò significa che il moto di rotazione e quello di rivoluzione della Luna sono sincroni e hanno lo stesso verso. 23 23

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna L’orbita lunare è un’orbita ellittica che giace su un piano che forma un angolo di 5°con il piano dell’orbita terrestre. I punti in cui l’orbita lunare attraversa il piano dell’eclittica sono detti nodi. La linea di intersezione tra i due piani è detta linea dei nodi. Il punto di massima distanza della Luna dalla Terra è l’apogeo, quello di minima distanza il perigeo. 24 24

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna Il Sole illumina in ogni istante una metà esatta della superficie lunare. La faccia della Luna rivolta alla Terra cambia periodicamente il suo stato di illuminazione nel corso di un mese. In un mese si susseguono in ordine le seguenti fasi lunari: Luna nuova o novilunio, primo quarto, Luna piena o plenilunio e ultimo quarto. 25 25

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna La Luna ha sempre metà della sua superficie illuminata dal Sole, ma dalla Terra ne possiamo vedere solo una parte più o meno grande. Dal novilunio (1) la Luna cresce, si ha il primo quarto (3) e poi il plenilunio (5). Quindi la Luna decresce passando per l’ultimo quarto (7) e infine torna al novilunio (1). Il sorgere della Luna si verifica in ore diverse del giorno secondo le fasi lunari. 26 26

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna Nella fase di novilunio la Luna è in congiunzione perché si trova tra la Terra e il Sole. Nella fase di plenilunio la Luna è in opposizione perché si trova, rispetto alla Terra, in posizione opposta a quella del Sole. Le posizioni del primo e dell’ultimo quarto sono dette quadrature perché in entrambi i casi le congiungenti Sole-Terra e Terra-Luna formano un angolo di 90°. 27 27

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna Il tempo impiegato dalla Luna per compiere una rivoluzione completa intorno alla Terra è detto mese sidereo. Corrisponde a circa 27,5 giorni. Per tornare nella stessa posizione rispetto alla Terra e al Sole, la Luna deve percorrere un ulteriore arco, da L′ a L″, che richiede altri 2 giorni circa. L’intervallo di tempo compreso tra due fasi lunari uguali dura 29,5 giorni e prende il nome di mese sinodico. 28 28

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna L’eclisse di Luna avviene quando la Luna è in plenilunio ed è oscurata dall’ombra proiettata dalla Terra. Eclisse di Luna. La Luna è in opposizione e si trova in corrispondenza di un nodo. L’allineamento di Sole, Luna e Terra causa il fenomeno dell’eclisse, che consiste nell’oscuramento momentaneo di un corpo celeste. 29 29

§1.4 La nostra piccola compagna: la Luna L’eclisse di Sole avviene quando la Luna è in novilunio e oscura il Sole. Eclisse di Sole. La Luna è in congiunzione e si trova in corrispondenza di un nodo. Durante un’eclissi di Sole, l’oscuramento totale del Sole è osservabile solo da una zona ristretta della superficie terrestre. Ogni anno si verificano da due a sette eclissi, fra quelle di sole e quelle di Luna. 30 30

Mettiti alla prova Il lancio del martello è una gara di atletica leggera nella quale i concorrenti fanno girare l’attrezzo da lancio, chiamato martello, con movimenti delle braccia e del corpo fino a fargli raggiungere la velocità massima possibile, poi lo lasciano andare, cercando di scagliarlo alla massima distanza. Individua il corpo caratterizzato da un moto di rotazione e quello caratterizzato da un moto di rivoluzione durante la fase preparatoria del lancio. Il concorrente ruota intorno a un asse interno al suo corpo, quindi il suo è un moto di rotazione. Il martello ruota intorno al corpo del concorrente, quindi il suo è un moto di rivoluzione. 31 31