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Tutti i movimenti della Terra

27 Giu

Proprio ieri, una nostra cara lettrice ci ha fatto una domanda molto interessante nella sezione:

Hai domande o dubbi?

Come potete leggere, si chiede se esiste una correlazione tra i moti della Terra e l’insorgere di ere di glaciazione sul nostro pianeta. Rispondendo a questa domanda, mi sono reso conto come, molto spesso, e non è certamente il caso della nostra lettrice, le persone conoscano solo i moti principali di rotazione e rivoluzione. A questo punto, credo sia interessante capire meglio tutti i movimenti che il nostro pianeta compie nel tempo anche per avere un quadro più completo del moto dei pianeti nel Sistema Solare. Questa risposta, ovviamente, ci permetterà di rispondere, anche in questa sede, alla domanda iniziale che è stata posta.

Dunque, andiamo con ordine, come è noto la Terra si muove intorno al Sole su un’orbita ellittica in cui il Sole occupa uno dei due fuochi. Questo non sono io a dirlo, bensì questa frase rappresenta quella che è nota come I legge di Keplero. Non starò qui ad annoiarvi con tutte le leggi, ma ci basta sapere che Keplero fu il primo a descrivere cinematicamente il moto dei pianeti intorno ad un corpo più massivo. Cosa significa “cinematicamente”? Semplice, si tratta di una descrizione completa del moto senza prendere in considerazione il perché il moto avviene. Come sapete, l’orbita è ellittica perché è la legge di Gravitazione Universale a spiegare la tipologia e l’intensità delle forze che avvengono. Bene, detto molto semplicemente, Keplero ci spiega l’orbita e come il moto si evolverà nel tempo, Newton attraverso la sua legge di gravitazione ci dice il perché il fenomeno avviene in questo modo (spiegazione dinamica).

Detto questo, se nel nostro Sistema Solare ci fossero soltanto il Sole e la Terra, quest’ultima si limiterebbe a percorrere la sua orbita ellittica intorno al Sole, moto di rivoluzione, mentre gira contemporaneamente intorno al suo asse, moto di rotazione. Come sappiamo bene, il primo moto è responsabile dell’alternanza delle stagioni, mentre la rotazione è responsabile del ciclo giorno-notte.

Purtroppo, ed è un eufemismo, la Terra non è l’unico pianeta a ruotare intorno al Sole ma ce ne sono altri, vicini, lontani e più o meno massivi, oltre ovviamente alla Luna, che per quanto piccola è molto vicina alla Terra, che “disturbano” questo moto molto ordinato.

Perche questo? Semplice, come anticipato, e come noto, due masse poste ad una certa distanza, esercitano mutamente una forza di attrazione, detta appunto gravitazionale, direttamente proporzionale al prodotto delle masse dei corpi e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. In altri termini, più i corpi sono massivi, maggiore è la loro attrazione. Più i corpi sono distanti, minore sarà la forza che tende ad avvicinarli. Ora, questo è vero ovviamente per il sistema Terra-Sole ma è altresì vero per ogni coppia di corpi nel nostro Sistema Solare. Se Terra e Sole si attraggono, lo stesso fanno la Terra con la Luna, Marte con Giove, Giove con il Sole, e via dicendo. Come è facile capire, la componente principale delle forze è quella offerta dal Sole sul pianeta, ma tutte queste altre “spintarelle” danno dei contributi minori che influenzano “in qualche modo” il moto di qualsiasi corpo. Bene, questo “in qualche modo” è proprio l’argomento che stiamo affrontando ora, cioè i moti minori, ad esempio, della Terra nel tempo.

Dunque, abbiamo già parlato dei notissimi moti di rotazione e di rivoluzione. Uno dei moti che invece è divenuto famoso grazie, o forse purtroppo, al 2012 è quello di precessione degli equinozi, di cui abbiamo già parlato in questo articolo:

Nexus 2012: bomba a orologeria

Come sapete, l’asse della Terra, cioè la linea immaginaria che congiunge i poli geografici ed intorno al quale avviene il moto di rotazione, è inclinato rispetto al piano dell’orbita. Nel tempo, questo asse non rimane fisso, ma descrive un doppio cono come mostrato in questa figura:

Moto di precessione degli equinozi e di nutazione

Moto di precessione degli equinozi e di nutazione

Il moto dell’asse è appunto detto di “precessione degli equinozi”. Si tratta di un moto a più lungo periodo dal momento che per compiere un intero giro occorrono circa 25800 anni. A cosa è dovuto il moto di precessione? In realtà, si tratta del risultato di un duplice effetto: l’attrazione gravitazionale da parte della Luna e il fatto che il nostro pianeta non è perfettamente sferico. Perché si chiama moto di precessione degli equinozi? Se prendiamo la linea degli equinozi, cioè quella linea immaginaria che congiunge i punti dell’orbita in cui avvengono i due equinozi, a causa di questo moto questa linea si sposterà in senso orario appunto facendo “precedere” anno dopo anno gli equinozi. Sempre a causa di questo moto, cambia la costellazione visibile il giorno degli equinozi e questo effetto ha portato alla speculazione delle “ere new age” e al famoso “inizio dell’era dell’acquario” di cui, sempre in ambito 2012, abbiamo già sentito parlare.

Sempre prendendo come riferimento la figura precedente, notiamo che c’è un altro moto visibile. Percorrendo il cono infatti, l’asse della Terra oscilla su e giù come in un moto sinusoidale. Questo è noto come moto di “nutazione”. Perché avviene questo moto? Oltre all’interazione della Luna, molto vicina alla Terra, anche il Sole gioca un ruolo importante in questo moto che proprio grazie alla variazione di posizione relativa del sistema Terra-Luna-Sole determina un moto di precessione non regolare nel tempo. In questo caso, il periodo della nutazione, cioè il tempo impiegato per per compiere un periodo di sinusoide, è di circa 18,6 anni.

Andando avanti, come accennato in precedenza, la presenza degli altri pianeti nel Sistema Solare apporta dei disturbi alla Terra, così come per gli altri pianeti, durante la sua orbita. Un altro moto da prendere in considerazione è la cosiddetta “precessione anomalistica”. Di cosa si tratta? Abbiamo detto che la Terra compie un’orbita ellittica intorno al Sole che occupa uno dei fuochi. In astronomia, si chiama “apside” il punto di massima o minima distanza del corpo che ruota da quello intorno al quale sta ruotando, nel nostro caso il Sole. Se ora immaginiamo di metterci nello spazio e di osservare nel tempo il moto della Terra, vedremo che la linea che congiunge gli apsidi non rimane ferma nel tempo ma a sua volta ruota. La figura seguente ci può aiutare meglio a visualizzare questo effetto:

Moto di precessione anomalistica

Moto di precessione anomalistica

Nel caso specifico di pianeti che ruotano intorno al Sole, questo moto è anche chiamato di “precessione del perielio”. Poiché il perielio rappresenta il punto di massimo avvicinamento di un corpo dal Sole, il perché di questo nome è evidente. A cosa è dovuta la precessioni anomalistica? Come anticipato, questo moto è proprio causato dalle interazioni gravitazionali, sempre presenti anche se con minore intensità rispetto a quelle del Sole, dovute agli altri pianeti. Nel caso della Terra, ed in particolare del nostro Sistema Solare, la componente principale che da luogo alla precessione degli apsidi è l’attrazione gravitazionale provocata da Giove.

Detto questo, per affrontare il prossimo moto millenario, torniamo a parlare di asse terrestre. Come visto studiando la precessione e la nutazione, l’asse terrestre descrive un cono nel tempo (precessione) oscillando (nutazione). A questo livello però, rispetto al piano dell’orbita, l’inclinazione dell’asse rimane costante nel tempo. Secondo voi, con tutte queste interazioni e questi effetti, l’inclinazione dell’asse potrebbe rimanere costante? Assolutamente no. Sempre a causa dell’interazione gravitazionale, Sole e Luna principalmente nel nostro caso, l’asse della Terra presenta una sorta di oscillazione variando da un massimo di 24.5 gradi ad un minimo di 22.1 gradi. Anche questo movimento avviene molto lentamente e ha un periodo di circa 41000 anni. Cosa comporta questo moto? Se ci pensiamo, proprio a causa dell’inclinazione dell’asse, durante il suo moto, uno degli emisferi della Terra sarà più vicino al Sole in un punto e più lontano nel punto opposto dell’orbita. Questo contribuisce notevolmente alle stagioni. L’emisfero più vicino avrà più ore di luce e meno di buio oltre ad avere un’inclinazione diversa per i raggi solari che lo colpiscono. Come è evidente, insieme alla distanza relativa della Terra dal Sole, la variazione dell’asse contribuisce in modo determinante all’alternanza estate-inverno. La variazione dell’angolo di inclinazione dell’asse può dunque, con periodi lunghi, influire sull’intensità delle stagioni.

Finito qui? Non ancora. Come detto e ridetto, la Terra si muove su un orbita ellittica intorno al Sole. Uno dei parametri matematici che si usa per descrivere un’ellisse è l’eccentricità, cioè una stima, detto molto semplicemente, dello schiacciamento dell’ellisse rispetto alla circonferenza. Che significa? Senza richiamare formule, e per non appesantire il discorso, immaginate di avere una circonferenza. Se adesso “stirate” la circonferenza prendendo due punti simmetrici ottenete un’ellisse. Bene, l’eccentricità rappresenta proprio una stima di quanto avete tirato la circonferenza. Ovviamente, eccentricità zero significa avere una circonferenza. Più è alta l’eccentricità, maggiore sarà l’allungamento dell’ellisse.

Tornando alla Terra, poiché l’orbita è un’ellisse, possiamo descrivere la sua forma utilizzando l’eccentricità. Questo valore però non è costante nel tempo, ma oscilla tra un massimo e un minimo che, per essere precisi, valgono 0,0018 e 0,06. Semplificando molto il discorso, nel tempo l’orbita della Terra oscilla tra qualcosa più o meno simile ad una circonferenza. Anche in questo caso, si tratta di moti millenari a lungo periodo ed infatti il moto di variazione dell’eccentricità (massimo-minimo-massimo) avviene in circa 92000 anni. Cosa comporta questo? Beh, se teniamo conto che il Sole occupa uno dei fuochi e questi coincidono nella circonferenza con il centro, ci rendiamo subito conto che a causa di questa variazione, la distanza Terra-Sole, e dunque l’irraggiamento, varia nel tempo seguendo questo movimento.

A questo punto, abbiamo analizzato tutti i movimenti principali che la Terra compie nel tempo. Per affrontare questo discorso, siamo partiti dalla domanda iniziale che riguardava l’ipotetica connessione tra periodi di glaciazione sulla Terra e i moti a lungo periodo. Come sappiamo, nel corso delle ere geologiche si sono susseguiti diversi periodi di glaciazione sul nostro pianeta, che hanno portato allo scioglimento dei ghiacci perenni e all’innalzamento del livello dei mari. Studiando i reperti e la quantità di CO2 negli strati di ghiaccio, si può notare una certa regolarità dei periodi di glaciazione, indicati anche nella pagina specifica di wikipedia:

Wiki, cronologia delle glaciazioni

Come è facile pensare, molto probabilmente ci sarà una correlazione tra i diversi movimenti della Terra e l’arrivo di periodi di glaciazione più o meno intensi, effetto noto come “Cicli di Milanković”. Perché dico “probabilmente”? Come visto nell’articolo, i movimenti in questione sono diversi e con periodi più o meno lunghi. In questo contesto, è difficile identificare con precisione il singolo contributo ma quello che si osserva è una sovrapposizione degli effetti che producono eventi più o meno intensi.

Se confrontiamo i moti appena studiati con l’alternanza delle glaciazioni, otteniamo un grafico di questo tipo:

Relazione tra i periodi dei movimenti della Terra e le glaciazioni conosciute

Relazione tra i periodi dei movimenti della Terra e le glaciazioni conosciute

Come si vede, è possibile identificare una certa regolarità negli eventi ma, quando sovrapponiamo effetti con periodi molto lunghi e diversi, otteniamo sistematicamente qualcosa con periodo ancora più lungo. Effetto dovuto proprio alle diverse configurazioni temporali che si possono ottenere. Ora, cercare di trovare un modello matematico che prenda nell’insieme tutti i moti e li correli con le variazioni climatiche non è cosa banale e, anche se sembra strano da pensare, gli eventi che abbiamo non rappresentano un campione significativo sul quale ragionare statisticamente. Detto questo, e per rispondere alla domanda iniziale, c’è una relazione tra i movimenti della Terra e le variazioni climatiche ma un modello preciso che tenga conto di ogni causa e la pesi in modo adeguato in relazione alle altre, non è ancora stato definito. Questo ovviamente non esclude in futuro di poter avere una teoria formalizzata basata anche su future osservazioni e sull’incremento della precisione di quello che già conosciamo.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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Autostrade nei cieli cinesi?

4 Ago

Alcuni utenti mi hanno contatto via mail per mostrarmi una foto scattata in Cina, precisamente nella cittadina di Boao nella provincia di Hainan. Prima di qualsiasi cosa, credo sia interessante mostrarvi la foto:

Immagine scattata a Boao in Cina

Immagine scattata a Boao in Cina

Quando questa immagine e’ stata pubblicata su internet, si sono scatenate moltissime voci per cercare di spiegare l’origine di questa strana conformazione. In alcuni casi, si e’ fatto riferimento a questo feomeno come le “autostrade del cielo” per indicare il solco netto piu’ scuro che si vede nella foto.

Ovviamente, non sono mancate le ipotesi catastrofiste e complottiste sul fenomeno. C’e’ chi ha parlato di segno lasciato dal passaggio di navi aliene, chi parla di fenomeni di geoingegneria legati alle scie chimiche e anche chi fa riferimento a misteriosi fenomeni ottici dovuti a qualche nuova forma di inquinamento.

Come usanza del caso, molti siti concordano sul fatto che il fenomeno e’ del tutto nuovo, mai osservato e, soprattutto, non esiste una spiegazione scientifica.

Chi frequenta il blog da tempo sa bene che questo e’ lo scenario classico in cui siamo abituati a discutere. Ogni qual volta c’e’ un fenomeno non usale, e questo non significa raro, le voci che si rincorrono sono sempre piu’ o meno le stesse.

Ora, data la premessa, avrete gia’ capito che lo strano fenomeno apparso in Cina e’: conosciuto, spiegato e gia’ accaduto innumerevoli altre volte.

Non mi dilunghero’ molto nella spiegazione, perche’ in realta’ di fenomeni del genere ne abbiamo gia’ parlato in un’altra occasione. Ecco il post:

Questo deve essere un segno premonitore!

In questo articolo, parlavamo di un fenomeno molto simile a questo ed, in particolare, mostravamo anche tante altre immagini prese dalla rete con cieli nella stessa conformazione.

Cosi’ come avvenuto in Brasile, anche per il caso cinese dobbiamo appellarci ai raggi crepuscolari. Per essere precisi, nell’articolo precedente eravano di fronte a raggi anticrepuscolari, questa volta invece sono crepuscolari. Come visto, questi fenomeni si possono evidenziare in particolari condizioni quando il Sole e’ basso all’orizzonte, appunto durante il tramonto.

Ora pero’, la differenza sostanziale e’ che nel caso di raggi crepuscolari, le striature che si vedono sono molto luminose. Nel caso cinese, vediamo invece nell’immagine dei segni molto netti ma piu’ scuri rispetto al resto. La cosa non e’ affatto sorprendente ed e’ dovuta alla particolare conformazione atmosferica al momento dello scatto.

Come riportato da molte fonti, la foto e’ stata scattata al tramonto, ma erano presenti nubi negli strati alti dell’atmosfera ad una quota compresa tra 8000 e 12000 metri. In questo caso, i raggi crepuscolari vanno ad illuminare queste formazioni che pero’ proiettano verso il basso la loro ombra. Bene, le strisce piu’ scure che si vedono nella foto sono proprio dovute alle ombre delle nubi filamentose negli strati alti.

Data questa spiegazione, non c’e’ assolutamente nulla di straordinario nel fenomeno, se non l’impatto visivo. Come visto, si tratta d un fenomeno gia’ affrontato sul blog e la cui spiegazione scientifica e’ molto ben conosciuta e documentata. Se vogliamo, unica differenza rispetto al solito e’ la presenza di nubi negli strati alti che proiettano la loro ombra veso il basso. In questo caso, invece di avere strisce luminose abbiamo zone piu’ scure in cielo. Cosi’ come avviene per la zone cangianti in presenza di raggi crepuscolari, anche in questo caso, le strisce appaiono con contorni ben delimitati e proettive verso l’esterno.

Concludendo, non  c’e’ assolutamente nulla di sorprendente nel fenomeno apparso a Boao. La spiegazione e’ da ricercarsi nel fenomeno dei raggi crepuscolari, molto ben documentati e perfettamente compresi a livello scientifico.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

 

Questo deve essere un segno premonitore!

29 Dic

Tante volte ci siamo trovati a discutere, o meglio a spiegare, alcuni fenomeni atmosferici apparentemente strani e che in rete venivano pubblicizzati come segni premonitori di qualcosa che stava cambiando. Esempi di questo tipo sono stati i suoni dell’apocalisse, le strane nubi apparse in varie parti del mondo o, per ultimo, l’apparente mistero dei pilastri di luce:

I misteriosi suoni dell’Apocalisse

Di nuovo i suoni dell’apocalisse

Una nuvola che fa pensare alla fine del mondo

Altra strana nube, questa volta in Giappone

Altra strana nube a Tulsa

Strano arcobaleno a Conca della Campania

Scoperta nuova nuvola?

Misteriosi pilastri di luce?

In questi ultimi giorni pero’, la rete e’ stata invasa dalle immagini di un nuovo fenomeno apparso questa volta in Brasile, per la precisione nella citta’ di Palotina, confermato da diversi testimoni, e che vedrebbe la formazione di un misterioso fascio di luce, molto intenso, proveniente dall’orizzonte.

Ecco una foto di quanto accaduto:

Il fascio di luce apparso a Palotina in Brasile

Il fascio di luce apparso a Palotina in Brasile

In rete esiste anche un video girato nella zona e che riprende per diversi minuti il fascio di luce:

Veramente un fenomeno straordinario. Come potete facilmente immaginare, in rete trovate la notizia corredata da frasi del tipo: “la scienza non ha spiegazione”, “mistero a Palotina”, “gli esperti si interrogano senza far trapelare nulla”. Ormai siamo abituati a sparate di questo tipo.

Prima di vedere se veramente la scienza non ha una spiegazione per questo fenomeno, vorrei analizzare il video insieme a voi. In rete trovate qualche timida spiegazione dell’accaduto, fatta utilizzando come tesi il fatto che il video non sia reale. Ho personalmente guardato tutto il filmato e dal mio punto di vista le immagini sono reali. Come faccio a dire questo? Semplice, prima di tutto vedete che il fascio di luce e’ reale perche’, come mostrato nelle immagini, illumina in modo naturale le nuvole. Se il fascio fosse aggiunto con un programma di grafica, si troverebbe sopra o sotto l’immagine principale. In questo caso invece, le nuvole vengono illuminate in modo giusto e non uniforme dal fascio di luce. Questo ci fa capire che le immagini sono, molto probabilmente, reali.

Notiamo anche un altro punto importante e che ha tratto in inganno molti che hanno cercato di smascherare il trucco. Siamo al tramonto, come detto anche dalla voce di sottofondo, e il Sole si trova nella parte diametralmente opposta a quella di provenienza del fascio. Proprio la presunta non correlazione tra il Sole e il fascio ha fatto si che si siano create spiegazioni fantasiose in rete. Dunque, ricordate bene questi particolari: siamo al tramonto, il Sole si trova dalla parte opposta.

Ora possiamo provare a dare una spiegazione scientifica? Ancora no. In questo caso vorrei procedere in modo diverso a quello a cui siamo abituati. Per fare questo, vi voglio mostrare delle foto di bellissimi paesaggi. State tranquilli, non sono impazzito. Guardate e giudicate da voi:

Paesaggi con raggi anticrepuscolari

Paesaggi con raggi anticrepuscolari

Notato niente di strano? Come vedete sono tutti paesaggi in cui si vedono all’orizzonte dei fasci luminosi molto simili a quelli avvistati nella citta’ di Palotina.

Ma non era un segno misterioso e mai osservato prima? Forse, al solito, su internet si parla un po’ a sproposito.

Ora, passiamo finalmente alla scienza. Cosa sono questi fasci di luce? Come vengono originati? Perche’?

Questo fenomeno e’ noto alla scienza e viene indicato con il nome di “raggi anticrepuscolari”, dall’inglese “anticrepuscolar rays”. Per essere precisi, esiste anche una controparte di questi raggi, nota appunto come “raggi crepuscolari”.

Cerchiamo di capire di cosa si tratta partendo proprio dai raggi crepuscolari.

Durante il tramonto, quando il Sole e’ basso all’orizzonte, i raggi luminosi attraversano uno spessore maggiore di atmosfera. Durante questo percorso, i raggi vengono deviati assumendo colorazioni molto particolari. Il punto focale dei fasci luminosi coincide ovviamente con la posizione del Sole. Molto suggestivi sono ad esempio i casi in cui i raggi solari incontrano cumulonembi durante il loro cammino. In questo caso, possono aversi zone molto luminose intervallate da altre buie che danno un effetto molto particolare e affascinante. Vista la dinamica della formazione, capite bene perche’ si parla di raggi “crepuscolari”, dal momento che possono formarsi solo al tramonto del Sole.

Fin qui ci siamo. Ora ricordate quanto detto sul video brasiliano: siamo al tramonto, il Sole e’ in direzione opposta. Esattamente dalla parte opposta a dove il Sole sta tramontando, possono formarsi dei raggi analoghi a quelli crepuscolari e detti, come anticipato, anticrepuscolari. L’effetto ottico e’ esattamente lo stesso, come abbiamo visto anche nelle altre immagini riportate prima.

Il principio di formazione di questi raggi e’ esattamente lo stesso di quelli crepuscolari. La sorgente luminosa che crea i fasci di luce e’ sempre ovviamente il Sole. Quando in cielo sono presenti strati di nubi, la diffusione della luce puo’ essere trasportata in direzione opposta a quella del tramonto ed arrivare anche in direzione opposta. In questo caso, il fatto di vedere un punto focale all’orizzonte e’ solo un’illusione ottica dovuta alla profondita’ dell’orizzonte stesso osservato. Capite bene che, per come sono formati, i raggi anticrepuscolari sono paralleli tra loro. Quello che sembrerebbe essere il punto di partenza dei raggi e’ in realta’ il punto di arrivo a cui convergono i fasci a causa del nostro orizzonte limitato. Questo crea appunto l’illusione ottica di vedere i raggi uscire dove il Sole non c’e’.

Torniamo un attimo a pensare al video. Come detto, e ripetuto, siamo al tramonto, il Sole e’ in direzione opposta e, come si vede dalle immagini, in cielo sono presenti nubi molto compatte proprio sopra il punto di osservazione. Queste considerazioni ci fanno capire che abbiamo tutte le condizioni necessarie alla formazione dei raggi anticrepuscolari. Le nubi compatte che si vedono impediscono molto probabilmente anche la visione dei raggi crepuscolari in direzione del Sole.

Per completezza scientifica, capite subito che, per come sono formati, i raggi crepuscolari sono in genere piu’ intensi di quelli anticrepuscolari e questi fenomeni possono formarsi sia al tramonto che al sorgere del Sole.

Visto il particolare effetto, questi fenomeni sono spesso indicati anche come: luci divine, raggi di Buddha, raggi di Dio, fasci di Gesu’ e cosi’ via. Il perche’ di questi nomi mi sembra evidente dalle immagini.

Concludendo, anche in questo caso siamo di fronte ad un fenomeno molto ben conosciuto dalla scienza e anche compreso a livello tecnico. Forse sarebbe il caso che molti giornalisti improvvisati sulla rete si documentassero prima di postare notizie di questo tipo o, eventualmente, che riprendessero in mano i libri di scuola per ripassare un po’ di semplice ottica geometrica.

 

 

 

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