Stagioni e astronomia. stagioni e loro variazione nel tempo La esistenza delle diverse stagioni e la...
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Stagioni e astronomia
stagioni e loro variazione nel tempo
La esistenza delle diverse stagioni e la loro diversa durata nei due emisferi dipende fondamentalmente dalla diversa quantità di
energia che la terra riceve dal sole durante l'annoe questa dipende da:
durata della illuminazione(influisce sulla quantità di energia) inclinazione dei raggi solari(influisce sulla quantità di energia)
distanza dal sole(che influisce sulla velocità di rivoluzione)
Se la orbita fosse circolare,distanza e velocità sarebbero costanti
Se l'asse di rotazione fosse perpendicolare,durata della illuminazione, inclinazione dei raggi solari
sarebbero costanti alle varie latitudinie quindi anche la energia ricevuta alle varie latitudini.
afelio
perielio
Equinozio di marzo
Equinozio di settembreLinea equinoziale
Linea apsidale
Solstizio di giugno
Solstizio di dicembre
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Modello con asse perpendicolare al piano di rivoluzione: non accettabileperché contrasta con i fatti osservati
Se l'asse di rotazione fosse perpendicolare,durata della illuminazione, inclinazione dei raggi solari
sarebbero costanti alle varie latitudinie quindi anche la energia ricevuta alle varie latitudini.
Se la orbita fosse circolare,distanza e velocità sarebbero costanti
Invece l'orbita è ellittica,con variazione di distanza continua La velocità varia lungo l'orbita
La inclinazione dell'asse e costante ma di 23°30' La inclinazione dei raggi solari varia nel tempo e con la
latitudine La durata del periodo di illuminazione varia con latitudine e
tempo
Inoltre,a causa del moto di precessione equinoziale,la posizione del punto gamma(dal quale inizia la primavera)e degli altri punti
caratteristici(solstiziali,afelio,perielio)varia nel tempo: come conseguenza varia il periodo delle singole stagioni che
diventerà uguale nei due emisferi e poi si invertirà attualmente il semestre primavera-estate prevale sul semestre
autunno inverno nell'emisfero boreale (solstizio estivo in prossimità di afelio,bassa velocità) (solstizio invernale in
prossimità di perielio,alta velocità)
Osservazioni su principali caratteristiche delle stagioni (astronomiche)e interpretazione su base astronomica (sistema eliocentrico)
Si riconoscono 4 stagioni, che si presentano con date diverse nei dueemisferi, settentrionale, boreale e meridionale, australe;e durate diverse,
situazioni astronomiche con nomi particolari
boreale australe inizio durata situazione
primavera autunno 21.3 93 giorni equinozioestate inverno 21.6 93 giorni solstizioautunno primavera 23.9 90 giorni equinozio inverno estate 22.12 89 giorni solstizio
Elemento caratterizzante le diverse stagioni: diverso grado di riscaldamento
e diversa posizione del circolo di illuminazioneche separa sempre la terra in due emisferi che presentano
diversa durata di illuminazione eccetto agli equinozi
Si osserva che a parità di latitudine la durata del giorno e della nottevariano nel corso dell’anno ( e quindi anche il riscaldamento)
Si osserva che a parità di latitudine la altezza del sole, la inclinazionedei raggi solari, varia durante il corso dell’anno
Si osserva che nello stesso giorno dell’anno la altezza del solee la durata del giorno e della notte variano con la latitudine
Fenomeni che si ripresentano annualmenteVariazioni di temperatura nelle diverse stagioni
variazione di altezza del sole sull’orizzontevariazione nella durata del giorno e della notte
La fonte primaria responsabile del riscaldamento superficiale della terraè il flusso di radiazione proveniente dal sole
non considerando proprietà delle superfici illuminate(tipo di roccia, acqua, neve, altitudine..) si riconosce che
il riscaldamento (aumento di temperatura) varia in funzionedel flusso solare, della durata della illuminazione, della
ampiezza della superficie a parità di flusso solare:la ampiezza può variare se varia la inclinazione del flusso
Ricerca di una interpretazione che giustifichi i fatti osservatiipotesi geocentrica, eliocentrica, confronto tra modelli diversi;
si potrà alla fine accettare solo un modello chegiustifichi tutte le osservazioni e i fenomeni che si verificano
Si osserva che a parità di flusso di radiazione incidente, la superficie dariscaldare varia con la inclinazione dei raggi incidenti:se aumenta la
inclinazione, aumenta anche la superficie irradiata e diminuisce l’effetto di riscaldamento ottenuto
Il flusso di radiazione costante da parte del sole, si distribuisce susuperfici diverse in funzione della latitudine: come effetto si rileva
una diverso riscaldamento
Sole e terra complanari, sulla eclittica:asse rotazione perpendicolare alpiano orbitale della terra sulla eclittica
Il sole si sposta lungo il piano della eclittica,inclinato di 23° rispettoal piano equatoriale
La terra si sposta sul piano della eclittica, con asse sempre parallelo e inclinato di 23° rispetto alla perpendicolare della eclittica
Emisfero occidentale-orientale, boreale e australe :equinozio di primavera-autunno
circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i parallelidurata del giorno = durata della notte
Fenomeno osservato da giustificare
Equinozio di marzo-settembreemisfero orientale
Circolo di illuminazione passa per i poli
a parità di latitudine, nei due emisferiparalleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)
Fenomeno osservato da giustificare
Equinozio di marzo-settembreemisfero occidentale
Circolo di illuminazione passa per i poli
a parità di latitudine, nei due emisferiparalleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)
Fenomeno osservato da giustificare
Equinozio di marzo-settembre
Circolo di illuminazione passa per i poli
Raggi perpendicolari su equatore, tangenti ai policon uguale inclinazione a parità di latitudine, nei due emisferi
paralleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)
Fenomeno osservato da giustificare
Equinozio di marzo-settembre
equatore
Tropico del cancro
Tropico del capricorno
Circolo polare artico
Circolo polare antartico
Polo nord
Polo sud
Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero occidentale-orientale, boreale e australe :equinozio di primavera-autunno
circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i parallelidurata del giorno = durata della notte
Fenomeno osservato da giustificare
Solstizio di giugnoSolstizio di dicembre
Emisfero boreale più illuminato di emisfero australe
Fenomeno osservato da giustificare
Solstizio di giugno
Tropico cancro
Tropico capricorno
Circolo polare antartico
Circolo polare artico
Polo nord
Emisfero boreale più illuminato di australe
Fenomeno osservato da giustificare
Solstizio di dicembre
Circolo polare artico
Tropico cancro
equatore
Tropico capricorno
Circolo polare antartico
Polo sud
Circolo polare antartico
Emisfero boreale meno illuminato di australe
Fenomeno osservato da giustificare
Probabile causa del diverso riscaldamento della terra per una determinata latitudine ricercabile nella diversa durata del giorno e della notte
nella diversa inclinazione dei raggi solarialternanza giorno e notte dovuta alla rotazione terrestre
perché varia ?Perché varia la inclinazione dei raggi solari?
Il circolo di illuminazione separa sempre la terra in due emisferi:uno illuminato (giorno) ,uno non illuminato (notte)
Il flusso solare illumina la sfera terrestre dividendola in due emisferi: uno illuminato e uno oscuro
La linea circolare di separazione si definisce circolo di illuminazione
Asse di rotazioneperpendicolare al piano
sul quale si trovanosole e terra
Sistema visto da alto
Durante la rotazione ogni emisfero risulta illuminato, oscuro ,in uguale misura,
sempre per l’equatore, solo agli equinozi per altre latitudini:
perché ? Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre perpendicolareal piano orbitale
Ipotesi accettabile per equinozio
Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre perpendicolareal piano orbitale
Equinozio di primavera-autunno:circolo passa per i poli: divide in parti ugualitutti i paralleli: giorno = notte
Equinozio di autunno
Solstizio di estate Solstizio di inverno
Solstizio di estate-inverno: il circolo non passa per i poli, divide in modo diversoi paralleli (eccetto equatore):giorno <> notte nei due emisferi
Giorno > notte
Giorno > notteNotte > giorno
Notte > giorno
Emisfero orientale, boreale: solstizio di giugno: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del
giorno > della durata della notte
La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta artica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta antartica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta
Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero occidentale- solstizio di giugno
Emisfero boreale più illuminato di australe
Emisfero orientale,australe: solstizio di dicembre: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del
giorno > della durata della notte
La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta antartica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta artica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta
Emisfero occidentale- solstizio di dicembre
Emisfero boreale meno illuminato di australe
Perché cambia la posizionedel circolo di illuminazione
e quindi la durata delgiorno e della notte ?
Si potrebbe ammettere, come sembra apparentemente, che sia ilsole che modifica la sua posizione rispetto alla terra e al pianodell’equatore, spostandosi per sei mesi sotto il piano e per altri
sei mesi sopra il piano su una orbita detta eclittica
Si potrebbe ammettere, come sembra apparentemente, che sia ilsole che modifica la sua posizione rispetto alla terra e al pianodell’equatore, spostandosi per sei mesi sotto il piano e per altri
sei mesi sopra il piano su una orbita detta eclittica
Sole agli equinozi: giace sul piano equatoriale: circolo di illuminazione passa per i poli: paralleli suddivisi in parti uguali:giorno e notte uguali
Sole allo zenit sopra equatore
ipotesi
Piano equatoriale
Piano della eclittica
Il piano della eclittica sul quale il sole sembra spostarsi durante l’annoè inclinato rispetto al piano equatoriale , 23° 27’: solo agli equinozi ilsole si trova sul piano equatoriale: negli altri giorni si muove sopra il
piano equatoriale (da 21 marzo a 22 settembre) e sotto il piano (da 22 settembrea 21 marzo)
Fenomeno apparente
21 marzo: il sole si sposta verso nord, si ferma sopra il tropico del cancro:solstizio di giugno, poi ritorna verso l’equatore, ove giunge al 22
settembre:equinozio di autunno,
prosegue verso sud fino al tropico del capricorno:solstizio di dicembre e quindi risale verso l’equatore: equinozio di primavera
cancro
capricorno
equatore
Notare lo spostamento del circolodi illuminazione
Fenomeno apparente
21 marzo: il sole si sposta verso nord, si ferma sopra il tropico del cancro:solstizio di giugno, poi ritorna verso l’equatore, ove giunge al 22
settembre:equinozio di autunno,
prosegue verso sud fino al tropico del capricorno:solstizio di dicembre e quindi risale verso l’equatore: equinozio di primavera
cancro
capricorno
equatore
Notare lo spostamento del circolodi illuminazione
Fenomeno apparente
Sole agli equinozi: giace sul piano equatoriale: circolo di illuminazione passa per i poli: paralleli suddivisi in parti uguali:giorno e notte uguali
Sole allo zenit sopra equatore
Fenomeno apparente
Sole al solstizio di giugnosi trova sopra piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica bene illuminata, antartica non illuminata
giorno > notte nell’emisfero boreale
Sole allo zenit sopra tropico del cancro
Fenomeno apparente
Sole al solstizio di giugnosi trova sopra piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica bene illuminata, antartica non illuminata
giorno > notte nell’emisfero boreale
Sole allo zenit sopra tropico del cancro
Fenomeno apparente
Sole al solstizio di dicembresi trova sotto piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica non illuminata, antartica bene illuminata
giorno < notte nell’emisfero boreale
Sole allo zenit sopra tropico del capricorno
Fenomeno apparente
Sole al solstizio di dicembresi trova sotto piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica non illuminata, antartica bene illuminata
giorno < notte nell’emisfero boreale
Sole allo zenit sopra tropico del capricorno
Fenomeno apparente
Ipotesi eliocentrica con terra in movimentoma con asse sempre
perpendicolare al piano dellaeclittica
Nel sistema eliocentrico, la terra si sposta attorno al sole, su un piano,piano della eclittica, in senso diretto, antiorario, e risulta diversamente
illuminata nei diversi giorni dell’anno: in particolare , alle date chesegnano l’inizio delle stagioni, si verificano le situazioni indicate
con diversa durata del giorno e della nottecon diversa inclinazione dei raggi solari
diversa posizione del circolo di illuminazione
Il circolo di illuminazione separa sempre la terra in due emisferi:uno illuminato (giorno) ,uno non illuminato (notte)
afelio
perielio
Equinozio di marzo
Equinozio di settembreLinea equinoziale
Linea apsidale
Solstizio di giugno
Solstizio di dicembre
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Modello con asse perpendicolare al piano di rivoluzione: non accettabileperché contrasta con i fatti osservati
La situazione registrata agli equinozi potrebbe essere spiegata con unaterra che si sposta attorno al sole e con asse di rotazione perpendicolare
al piano di rivoluzione:ma tale assetto non spiegherebbe la situazioneche si registra invece ai solstizi, e le variazioni intermedie
Piano di rivoluzione, asse rotazione perpendicolare
ipotesi
Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Ipotesi accettabile
21 marzo
22 settembre21 giugno
22 dicembre
ipotesi
Ipotesi: la terra si sposta attorno al sole, con l’asse sempreperpendicolare al piano orbitale della eclittica :inclinazione dei raggi solari
rimane costante per ogni latitudine in tutto il corso dell’anno:sempre durata del giorno e della notte uguali
Piano della eclittica
Ipotesi In contrasto con i fatti osservati
Ipotesi: la terra si sposta attorno al sole, con l’asse sempreperpendicolare al piano orbitale della eclittica
La inclinazione dei raggi solari rimane costante ad ogni latitudinein tutti i giorni dell’anno
Contrasta con i fatti
Ipotesi terra in movimento attorno al sole
asse inclinato sul piano della eclittica
e sempre parallelo
modello che spiega tutti ifenomeni osservati
afelio
perielio
Equinozio di marzo
Equinozio di settembreLinea equinoziale
Linea apsidale
Solstizio di giugno
Solstizio di dicembre
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Circolo di illuminazione
afelio
perielio
Equinozio di marzo
Equinozio di settembre
Linea equinoziale
Linea apsidale
Solstizio di giugno
Solstizio di dicembre
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Modello accettabile per giustificare i fatti osservati in relazione alle stagioni
Si potrebbe ammettere che la terra si sposti attorno al sole, ma con l’assedi rotazione inclinato di 23° 30’ e sempre parallelo : verrebbero giustificate
le situazioni di diversa illuminazione, durata, altezza del sole nei varimomenti dell’anno ,in particolare agli equinozi e ai solstizi
Piano di rivoluzione, asse inclinato, costante
Modello accettabile
Si potrebbe ammettere che la terra si sposti attorno al sole, ma con l’assedi rotazione inclinato di 23° 30’ e sempre parallelo : verrebbero giustificate
le situazioni di diversa illuminazione, durata, altezza del sole nei varimomenti dell’anno ,in particolare agli equinozi e ai solstizi
Modello accettabile
Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre inclinatosu piano orbitale
Situazione osservata e compatibile con modello
Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre inclinatosu piano orbitale
Situazione osservata e compatibile con modello
Emisfero orientale, boreale: solstizio di giugno: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del
giorno > della durata della notte
La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta artica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta antartica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta
Situazione osservata e compatibile con modello
Emisfero occidentale- solstizio di giugno
Situazione osservata e compatibile con modello
Emisfero orientale,australe: solstizio di dicembre: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del
giorno > della durata della notte
La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta antartica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta artica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta
Situazione osservata e compatibile con modello
Emisfero occidentale- solstizio di dicembre
Situazione osservata e compatibile con modello
conclusione
la inclinazione dei raggi solari cambia durante l’anno, comepure cambia la durata del giorno e della notte
Si considerano 4 situazioni particolari, estreme, della inclinazione deiraggi solari in corrispondenza di particolari latitudini:
equatore 0°, tropico del cancro 23° 27’, circolo polare artico 66° 33’,polo nord 0°
tropico del capricorno 23° 27’, circolo polare antartico 66° 33’,polo sud 0°
Agli equinozi di primavera e autunno, il circolo di illuminazione passa peri poli e taglia in parti uguali tutti i paralleli: durata del giorno e della notte
sono uguali:altezza massima del sole all’equatore, nulla ai poli
Al solstizio di giugno, 21 , il circolo di illuminazione risulta tangente aicircoli polari:illumina la calotta polare boreale mentre lascia
in oscurità la calotta polare antartica: taglia in maniera disuguale tutti iparalleli (eccetto l’equatore): durata del giorno e della notte diverse:
massima altezza del sole sul tropico del cancro
Al solstizio di dicembre, 22, si inverte la situazione:calotta boreale inoscurità e australe illuminata: massima altezza del sole sul tropico
del capricorno
• L’asse di rotazione terrestre risultainclinato di circa 23°30’ rispetto allaperpendicolare del piano della eclittica
• Il piano equatoriale risulta quindi nonsul piano della eclittica :si trova soprao sotto il piano:circa 23°30’
• I raggi del sole tangenti alla sfera terrestrela dividono in due semisfere non sempreilluminate allo stesso modo:identiche alle equinozidiverse negli altri giornimassima diversità ai solstizi
• Il circolo di illuminazione separale due semisfere passando per i polisolo agli equinozi:altezza del sole:tangente i poli zenit all’equatorevariabile altre latitudinidurata giorno e notteuguale in tutte le latitudini
• Il circolo di illuminazione separale due semisfere non passando per polioriginando variazione nella inclinazionedei raggi alle diverse latitudinivariazione nella durata del giorno-nottevariazione nella temperatura
• Massima diversità ai solstizidi giugno:emisfero boreale più illuminato di australe>estatedi dicembre:emisfero boreale menoilluminato di australe>inverno
Polo nord 0°
Polo sud 0°
c.p.artico 66°33’
c.p.antartico 66°33’
Tropico cancro 23°27’
Tropico capricorno 23°33’
Equatore 0°
21 marzo, 22 settembre : equinozi di primavera e autunnoinclinazione raggi solari
Equatore 0°
Tropico capricorno 23°27’
Tropico cancro 23°27’
Circolo
c.p.artico 66°33’
c.p.antartico 66°33’
Polo N 0°
Polo S 0°
equinozio
Equatore 0°
Tropico capricorno 23°27’
Tropico cancro 23°27’
Circolo
c.p.artico 66°33’
c.p.antartico 66°33’
Polo N 0°
Polo S 0°
Solstizio di giugno
Circolo Solstizio di giugno
Equatore 0°
Tropico capricorno 23°27’
Tropico cancro 23°27’
Circolo
c.p.artico 66°33’
c.p.antartico 66°33’
Polo N 0°
Polo S 0°
Solstizio di giugno
Piano della eclittica e orbitale terrestre
Asse rotazione terrestre inclinato rispetto piano eclittica
Piano equatoriale inclinato rispetto al piano della eclittica
Circolo di illuminazione
Al solstizio di giugno il circolo di illuminazione raggiunge ilmassimo scostamento dai poli e divide i paralleli in due particon diversa durata di illuminazione :giorno > notteeccetto all’equatore :giorno=notte
nord
sud
Solstizio di giugno Solstizio di dicembre
Circolo di illuminazione
• La terra si sposta più lentamente lungol’orbita kepleriana nel tratto che comprendel’afelio rispetto a quello che comprendeil perielio
• Il semestre primavera-estate per emisferoboreale è più lungo del semestreautunno-inverno (circa 5-6 giorni)
• Inversamente per emisfero australe
• Variazione su scala secolare per spostamentodella linea apsidale
afelio
perielio
Equinozio di marzo
Equinozio di settembreLinea equinoziale
Linea apsidale
Solstizio di giugno
Solstizio di dicembre
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Circolo di illuminazione
Velocità minima in afelio e massima in perielio
La seconda legge di Keplero afferma che la velocità del pianeta risulta
Variabile nella sua rivoluzione attorno al sole:minima in afelio e massima
In perielio:valori intermedi lungo l’orbita
afelio perielio
Percorso lentamente, presso afelio Percorso velocemente, perielio