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Ambiente celeste
Che cos’è la luce ?
- Insieme di radiazioni elettromagnetiche
- Velocità (c) nel vuoto è 300000 km\s
- Frequenza è il numero di volte in cui l’onda si ripete in una unità di tempo
- Lunghezza d’onda è la distanza tra due creste dell’onda
- Intensità è l’altezza delle creste
- Maggiore frequenza maggiore energia in un fotone
Spettrografia:
• Spettri di emissione continui = si ottengono riscaldando un corpo nero fino all’incandescenza; maggiore temperatura maggiore intensità delle radiazioni con frequenze maggiori (viola); Legge di Stefan Boltzmann: E= T
• Spettri di emissione a bande o a righe = si ottengono quando la sorgente luminosa è un gas incandescente,a seconda che sia formato da atomi o molecole
• Spettri di assorbimento = si ottengono quando la luce viene fatta passare attraverso un gas, che ne assorbe certe lunghezze d’onda (quelle che emetterebbe se venisse eccitato). è lo spettro emesso da una stella, che può essere considerata corpo nero incandescente, circondato da gas (idrogeno ed elio).
Stella:
Distanza: misurata con il metodo della parallasse
57° = p: 1Ua [misura di un angolo rad. in gradi : distanza Terra-stella = metà dell’angolo di parallasse annua (angolo che individua lo spostamento apparente della stella in 6 mesi) : dist. Media Terra-Sole
Luminosità:
• apparente dipende dalla distanza
• assoluta è l’energia emessa in un secondo (diagramma di hertzsprung- russell: mette in relazione la luminosità assoluta e la classe spettrale delle stelle)
Magnitudine: • apparente permette di confrontare la luminosità delle stelle secondo una scala di Ipparco; esistono valori anche negativi
•assoluta: è la magnitudine apparente che avrebbero le stelle se posizionate alla distanza di 10 parsec L=4 R26T4
Temperatura: stelle sono classificate in base alla presenza o assenza in determinate posizioni, così avremo 7 classi (o,b,a,f,g,k,m) che vanno da 25000 k a 2000 k
Massa: quantità di materia presente, è possibile misurarla solo quando vi sono sistemi di stelle doppie (attraverso la 3° legge di Keplero)
Movimento: se sono in avvicinamento rispetto alla terra, lo spettro si sposta verso il blu, altrimenti verso il rosso ( blu = piccola lunghezza d’onda, rosso = grande )
Sistema di riferimento celeste
• Coord. Assolute:Polo nord, polo sud celeste, asse del mondo, equatore celeste, paralleli celesti, meridiani celesti (coluro equinoziale, meridiano del punto omega( ) in cui il sole è presente nell’equinozio di primavera)
• Coord. Relative: Zenit, nadir, piano dell’orizzonte (passa per l’osservatore)e p.o. astronomico (passa per centro della terra.
Evoluzione delle stelle:
La formazione avviene per condensazione di polveri e gas stellari, in particolare elio ed idrogeno, che collassano su se stessi a causa della orza gravitazionale; si forma così una protostella.
L’energia gravitazionale durante la contrazione viene trasformata in calore che in parte scalda la protostella e in parte viene dissipata. nana rossa : all’interno del nucleo si perde la normale struttura atomica e gli elettroni, dotati di energia cinetica elevata, si scontrano e lasciano liberi i protoni di fondersi (ciclo protone-protone: 4 nuclei di H formano un nucleo di He, il cui peso atomico è inferiore alla somma di quelli dell’H massa persa, trasformata in energia secondo la legge di Einstein E=mc2 )…equilibrio 1° fase: queste stelle si trovano nella sequenza principale (vedi dhr), a seconda della loro massa (giganti blu o nane rosse). La contrazione gravitazionale è controbilanciata dalle reazioni termonucleari che fanno espandere il gas fino ad esaurire il combustibile (H) entrando nella
2° fase
• Massa < 0,5 masse solari: nana bianca, in cui la contrazione procede incontrastata fino alla morte.
• Massa > 0,5 ms : gigante rossa, in cui le reazioni termonucleari si spostano nello strato di elio; tuttavia la contrazione continua e produce calore, che fa espandere la stella.
• Massa < 4ms: l’elio si consuma e la stella muore; espelle gas che danno origine a nebulose il nucleo si trasforma in una nana bianca, poco luminosa perchè piccola. Non collassa ulteriormente perché la materia è in uno stato degenere
• Può raffreddarsi e diventare una nana nera, quindi non più visibile
• Può morire come nova, esplodendo
• Massa > 4ms: la stella brucia successivamente altri elementi, fino al ferro, che assorbe energia. Tuttavia occorre sempre maggiore energia e temperatura muore diventando una supernova, cioè il nucleo collassa ed esplode, generando espulsione di energia. Il nucleo può diventare
• M<1,44ms: Nana bianca
• 1,44<m<3ms: Stella a neutroni i protoni sono combinati con gli elettroni, e la pressione di radiazione impedisce il collasso può trattarsi di pulsar ( stelle che emettono radiazioni girando su se stesse
• M>3ms: Buco Nero la forza gravitazionale non è contrastata, quindi attira tutto ciò ke lo circonda
Galassie
Gruppi di stelle trattenute dalla forza di gravità, possono essere:
• Ellittiche: in cui le stelle sono vecchie e di colore rosso
• A spirale (Via Lattea): giovani e di colore azzurro (s spirale ordinaria (Via lattea); sb spirale barrata)
• Irregolari: stelle mooooolto giovani
Subiscono il moto di traslazione ( la nostra verso la costellazione di Ercole) e un moto di rotazione attorno a nucleo centrale.
All’interno della nostra galassia si individuano due diversi ammassi stellari:
• Globulari: stelle più vecchie che si sono formate nelle prime fasi di vita della galassia, quindi non contengono elementi pesanti
• Aperti: stelle più giovani, elementi pesanti dovute alle esplosioni di supernove
Cosmologia: Th del Big Bang, suffragata dalla legge di Hubble, che studia lo spostamento delle galassie (V=Hd) allontanamento = spostamento spettro verso il rosso (red shift)
Sistema Solare
Nascita: 5 miliardi di anni fa, una nebulosa ricca di H e He cominciò a contrarsi sotto la spinta della forza gravitazionale, generando un nucleo più caldo e denso attorno al quale ruotava del materiale (protosole protostelle e protopianeti), lanciato poi nello spazio dal vento solare e aggregatosi
Sole
- Distanza dalla Terra: 150 milioni di km (1 Ua)
- Massa media (fase d’equilibrio è lunga)
- Volume = 1 milione di volte quello della Terra
- Densità inferiore a quella della Terra
- Composizione: elio ed idrogeno ed anche elem. Pesanti
- Temperatura: 6000 k (relativamente fredda)
- Moto di rotazione intorno all’asse, rilevato osservando lo spostamento di una macchia solare
Zone del sole
• Nucleo : reazioni nucleari (sprigionano energia)
• Zona radiattiva, dove il calore viene diffuso per irraggiamento
• Zona convettiva, dove i gas vengono scaldati e salgono in superficie, per ridiscendere freddi
• Fotosfera, superficie visibile del sole, in cui si individuano i granuli(zone più luminose e calde, breve vita). Vi sono macchie solari(aree più scure e fredde, molto vaste, circondate da creste brillanti,le facole; ogni coppia di m.s. una ha polarità opposta a quella vicina), brillamenti, tutti collegati all’attività del sole
• Cromosfera: involucro di colore rosso in cui si osservano protuberanze e spicole, ovvero lingue d’H incandescente
• Corona solare, la parte più esterna, non ha un limite ben definito: da qui parte il vento solare che spazza tutto l’universo ed è responsabile di varie perturbazioni sulla Terra
Attività Solare: tempeste magnetiche, aurore polari, influenza fenomeni meteorologici
Pianeti
• Non brillano di luce propria ma riflettono quella del sole
• Sono in moto rispetto al sole e seguono lo stesso verso di rivoluzione d orbite complanari a quella terrestre (tranne quella di Plutone)
• Moto di rotazione diverso per venere e urano ( retrogrado, cioè da est verso ovest)
• Di tipo terrestre: rocciosi e metallici, scarsa atmosfera, sono Mercurio, Venere, terra , Marte
• Di tipo gioviano, gassosi atmosfera impenetrabile molto distanti dal sole, sono Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone
Mercurio: più piccolo più vicino al sole, privo di acqua, atmosfera quasi inesistente (a causa della piccola massa e della vicinanza del sole)
Venere: è il pianeta più luminoso perché ricoperto da nube fitta (alvedo) che riflette i raggi del sole
Marte: atmosfera rarefatta (contiene soprattutto CO2), poco più piccolo della Terra, rossastro, alternanza stagioni come sulla Terra (ma più fredde); in passato c’era H2O, ora ghiacciata, in passato attività vulcanica, tempeste di polvere; 2 satelliti
Giove: pianeta più grande, atmosfera, pieno di satelliti grande macchia rossa scoperta da Cassini nel 1665
Saturno: grande massa , 3 anelli costituiti da frammenti solidi (acqua solida più altre sostanze), 22 satelliti
Urano: pianeta gioviano
Nettuno: arriva a –230°, scoperto in base a calcoli teorici
Plutone: scoperto in base a calcoli teorici
Asteroidi: piccolissimi corpi derivati da frammentazioni, date da collisioni, di pianetini con nucleo di ferro o nichel ed un mantello roccioso.
Comete: corpi celesti di piccola massa messi in movimento dalla forza gravitazionale; girano attorno al sole formando ellissi; avvicinandosi al sole il nucleo lascia evaporare i materiali volatili e sviluppa una chioma, allontanata dal vento solare nel moto di rivoluzione della cometa.
Meteore e meteoriti: frammenti di comete o asteroidi che entrano nell’atmosfera terrestre e si incendiano a causa dell’attrito; i meteoriti invece sono oggetti provenienti da asteroidi che precipitano al suolo dopo aver attraversato l’atmosfera
Leggi di Keplero
1) I pianeti (anche la Terra) si muovono intorno al sole con orbite ellittiche; il sole occupa uno dei 2 fuochi
2) Ogni pianeta si muove sulla sua orbita in modo tale ke la sua congiungente col sole spazza aree uguali in tempi uguali ( la velocità di rivoluzione varia)
3) Il rapporto tra il quadrato dei tempi di rivoluzione dei pianeti e il cubo della loro distanza dal sole è costante (Newton aggiunge la massa e dimostra le leggi ammettendo l’esistenza di una forza gravitazionale F= G
Terra
Composizione:
- idrosfera acqua (oceani)
- atmosfera
- biosfera essere viventi
All’interno:
• crosta
• mantello (costituisce l’Astenosfera calda e plastica, flessibile)
• nucleo (molto denso con materiali pesanti)
Litosfera (Crostapiùmantello): solida e fredda, elastica
Modificata da : processi endogeni (attività sismica e vulcanica)
processi esogeni (piogge ed erosioni)
Forma:
• Non è un sfera perfetta perché a causa della forza centrifuga è schiacciata ai poli raggio terrestre minore ai poli, attrazione gravitazionale maggiore ( pesiamo di più in base a P= mg)
• Non è un ellissoide di rotazione perché vi sono anche avvallamenti e montagne
• E’ un geoide, ovvero la superficie perpendicolare in ogni punto alla direzione del filo a piombo lasciato cadere. Quindi tiene conto delle diverse forze di gravità a seconda dell’altitudine.
Sistema di riferimento
• Coordinate relative: tengono conto dei punti cardinali, della distanza e dell’azimut (angolo tra segmento che congiunge o[osservatore] con p[punto osservato] e quello tra o e il Nord) in senso orario
• Coordinate assolute: altitudine, latitudine ( distanza tra p e l’equatore), longitudine ( distanza tra p e il meridiano di greenwich)
Paralleli: intersezione con la superficie terrestre di piani paralleli al piano equatoriale (180, 90 a nord e 90 a sud). Meridiani: semicirconferenze immaginarie tracciate sulla superficie terrestre e passanti per i poli
• Coordinate equatoriali (per una stella): si basano sulla declinazione ( distanza angolare della stella dall’equatore celeste) e ascensione retta (angolo tra meridiano della stella e coluro equinoziale, meridiano che passa per il punto , posizione in cui si trova il sole nell’ equinozio di primavera
I movimenti della Terra
Moto di rotazione
• È uniforme, avviene da ovest verso est sull’asse terrestre, il periodo di rotazione è il giorno sidereo (intervallo tra 2 culminazioni di uno stesso meridiano)più corto del giorno solare (di 4 minuti), su cui influisce la velocità della rivoluzione della Terra
• La velocità lineare cambia dall’equatore ai poli (dipende dall’altezza e dalla latitudine), quella angolare no
• Esperienze sulla rotazione: Guglielmini=osservando la caduta libera di un grave vede che questo è spostato verso est rispetto alla verticale||Foucault:lasciando andare un pendolo con il tempo tracciava diversi solchi, come se il piano si spostasse verso ovest, mentre in realtà è il suolo a spostarsi
• Terra divisa in due zone( circolo di illuminazione, perpendicolare alla direzione dei raggi solari (di, notte,crepuscolo, la cui durata aumenta con la latitudine
• il moto di rotazione provoca una forza centrifuga, massima all’equatore e nulla ai poli, che contrasta l’attrazione gravitazionale
• Forza di Coriolis, forza fittizia codificata con la legge di Ferrel: ogni corpo libero di muoversi sulla superficie terrestre è deviato verso destra nell’emisfero settentrionale e verso sinistra nell’emisfero appunto
Moto di rivoluzione
• L’orbita della Terra si chiama eclittica, complanare con l’orbita solare, e l’asse di rotazione terrestre è inclinato rispetto a questo di 66°
• Afelio è il punto in cui la terra è più distante dal sole, velocità minore (2° legge di Keplero) e corrisponde al solstizio d’estate (21 giugno), mentre Perielio è il contrario e corrisponde al solstizio d’inverno (22 dicembre)
• I raggi solari cadono perpendicolari al piano dell’osservatore (zenit) sul Tropico del Capricorno nel solstizio d’inverno (il polo Nord al Buio), sul Tropico del Cancro nel solstizio d’estate ( il Polo nord è illuminato) e all’equatore durane gli equinozi (qui il sole si trova prima su omega e poi su gamma)
Il susseguirsi delle stagioni è dato dal movimento di
Rivoluzione, dall’inclinazione dell’asse terrestre, dal
Fatto che l’asse di rotazione si mantiene sempre parallelo
A se stesso durante il moto di rivoluzione
Nella figura gli angoli di incidenza sono quelli della
Declinazione del sole sul p. dell’orizzonte
Aberrazione Stellare = fenomeno ottico per cui una stella
ci appare in una posizione diversa da quella in cui si trova
veramente
Moto doppio conico dell’asse = provocato dall’attrazione
combinata del Sole e della Luna sul rigonfiamento equatoriale.
L’asse terrestremodifica la sua direzione, mantenendo costante
l’inclinazione rispettoall’eclittica e descrive nello spazio
un doppio cono, ritornando nellaposizione originaria
dopo 26000 anni circa. Conseguente èil moto di
precessione degli equinozi (anticipazione degli equinozi).
A causa di questo l’anno solare (INTERVALLO TRA
2 EQUINOZI) èpiù corto di quello sidereo.
Nutazioni: piccole oscillazioni dell’asse terrestre; anche l’ellittica
modifica la sua posizione per effetto dell’attrazione gravitazionale
combinata con i corpi del Sistema Solare->linea degli apsidi si muove
in senso anti orario (linea che congiunge perielio e afelio)
Luna
Corpo solido, rotazione molto lenta, sincronizzata con rivoluzione intorno alla terra, rivolge a noi sempre la stessa faccia, che presenta un rigonfiamento; forza di gravità debole da trattenere i gas. Mancanza di atmosfera porta:- netta differenza tra il dì e la notte (manca crepuscolo) – cielo come sfondo nero – mancanza di acqua (il calore del sole non è schermato) – grosse escursioni termiche –mancanza fenomeni erosivi modificazioni della superficie se non a causa di meteoriti
Composizione:
• Mari lunari: vaste aree pianeggianti di colore scuro, ricoperte di uno spesso strato di polveri finissime
• Altopiani: appaiono di colore chiaro e hanno una superficie accidentata
• Crateri: formatisi dall’impatto con meteoriti
Sulla superficie: rocce magmatiche (basalti scuri, chiari e anortositi), conteneti silicati (struttura cristallina), costituiscono i fondali degli oceani sulla terra.
Struttura: crosta, mantello, nucleo ( litosfera non fratturata come quella terrestre
Moto di rotazione: da ovest verso est con velocità angolare di 13° al giorno ( circa 28 giorni)
Moto di rivoluzione:eccentricità dell’orbita lunare > di quella terrestre; linea nodi: solo quando la luna viene a trovarsi in uno de 2 nodi giace sul piano dell’eclittica, nel tempo restante si muove al di sopra o al di sotto del piano di rivoluzione terrestre; albedo: rapporto tra energia riflessa dalla superficie di un corpo e quella incidente ( valori bassi per la Luna perché non essendoci atmosfera, maggior luce viene assorbita
L’asse di rotazione lunare è quasi perpendicolare all’eclittica lunare (83°), di conseguenza NO cambiamenti stagionali di altezza e illuminazione solare--> circolo d’illuminazione passa sempre per i poli;
Mese siderale: intervallo tra due successivi allineamenti della Luna e di una stella su di un meridiano (Luna –sole-> mese sinodico) 12 mesi fanno un anno lunare, ogni giorno la luna si sposta di 1°, arco di 27° in due giorni. Moto rotazione terrestre e movimento di rivoluz. Lunare sono causa del moto apparente della Luna sullo sfondo celeste. La luna torna nella stessa posizione dopo 24 ore esatte, con ritardo di 50 minuti.
Moto di traslazione: l’orbita della Luna intorno al Sole non è un ellisse ma ha un andamento sinuoso , detto epicicloide (moto secondario = moto di regressione della linea dei nodi).
Eclissi totale: il cono d’ombra della terra oscura del tutto il sole (parziale, solo in parte)
Eclissi di Luna: sole, terra, luna (il sole non arriva alla Luna)
Eclissi di Sole: sole Luna Terra
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