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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.

Effetto gregge: l’esagono su Saturno

7 Feb

Solo qualche giorno fa, avevamo parlato della notizia della tempesta in corso su Saturno:

Sistema solare: previsioni meteo

Come visto, le informazioni che venivano date su internet erano in parte sbagliate, ma, soprattutto, erano tutte caricate di un enfasi e di un complottismo, lasciatemelo dire, a volte ridicolo.

Ora cosa succede? Oggi sfogliando le pagine internet mi trovo di fronte ad una nuova sensazionale notizia: “Su Saturno sarebbe stato avvistato uno strano esagono, estremamente regolare e di dimensioni enormi”. Col sorriso sulle labbra, e tra poco capirete anche voi il perche’, cerco di informarmi meglio, facendo la parte di quello che non conosce di cosa si sta parlando. Con mia sorpresa, trovo la notizia su decine di siti ma con informazioni non sempre concordi.

Prima di tutto, vi mostro una foto per farvi capire a cosa mi sto riferendo:

La struttura esagonale al polo nord di Saturno

La struttura esagonale al polo nord di Saturno

Perche’ i siti di “informazione” non sono d’accordo? C’e’ chi dice che e’ stato avvistato ora per la prima volta, mettendolo anche in relazione alla tempesta sempre su Saturno di cui abbiamo parlato nel precedente post, c’e’ chi dice che e’ stato avvistato per la prima volta nel 2006, ma soprattutto, e su questo sono praticamente tutti d’accordo, “la scienza non sa di cosa si tratti”!

Nulla di sorprendente, a cose di questo tipo siamo ormai abituati. Come potete immaginare, molti siti si sono limitati a fare copia/incolla tra di loro, senza nemmeno pensare a quello che stavano pubblicando. Proprio per questo motivo ho chiamato il post “effetto gregge”, proprio per indicare un effetto, realmente studiato in psicologia, che schematizza il comportamento all’unisono, senza una ragione apparente, di soggetti diversi fatto solo a scopo emulativo. Per intenderci, e senza parlare di psicologia, i “pecoroni” come li conoscono tutti.

Pensate che io stia esagerando?

Ecco alcune delle frasi prese da un sito internet, che non riporto proprio per evitare la diffusione di notizie false, chiaramente catastrofiste:

La tempesta rappresentava una assoluta novità osservativa su pianeti che non siano la Terra

Anche in questo caso, gli scienziati non sanno cosa pensare, né hanno idea dell’origine del bizzarro comportamento climatico dei pianeti.

Non abbiamo mai visto niente del genere su nessun altro pianeta. Anzi, la densa atmosfera di Saturno è dominata da onde che plasmano le nubi in modo circolare e celle convettive che fanno lo stesso lavoro, per cui è forse il pianeta del sistema solare in cui meno ti potresti aspettare l’apparizione di una formazione ciclonica in forma di una precisa figura geometrica a sei facce.

Ed ovviamente non poteva certo mancare Nibiru per la spiegazione di questo esagono:

Alcuni ricercatori parlano dell’influenza gravitazionale di un eso-pianeta, come ad esempio l’ormai famoso Pianeta X, di cui in questo periodo se ne sta sempre parlando di più.

Ora, cerchiamo di capire in modo autonomo di cosa si tratta.

Prima di tutto, al contrario di quanto vi si vorrebbe far credere, quell’esagono e’ li almeno dal 1981, anno in cui venne fotografato per la prima volta dalla sonda Voyager-1. Se andate a visitare la pagina wikipedia su questo argomento:

Wikipedia, esagono di Saturno

trovate, nella prima riga, dunque senza nemmeno lo sforzo di leggere tutto, “è uno schema nuvoloso persistente di forma esagonale, al polo nord di Saturno“. Gia’ questo vi fa capire l’assurdita’ della notizia rispolverata e copiata da tanti siti senza ragionare sulle fonti.

Gia’ in passato avevamo visto comportamenti di questo tipo, anche su siti e giornali di diffusione nazionale:

Controllare le fonti!

Tralasciando questi comportamenti, capiamo dunque cos’e’ questa formazione esagonale osservata sulla superficie di Saturno.

Il fatto che sia una tempesta e’ vero, in particolare le ultime immagini scattate dalla sonda Cassini hanno mostrato la parte interna dell’esagono ad alta risoluzione. Intorno al polo nord di Saturno e’ presente un enorme ciclone di 2500 Km di diametro con vortici atmosferici che ruotano ad altissima velocita’, come potete vedere dall’immagine presa dall’archivio NASA:

Il tornado al centro dell'esagono di Saturno

Il tornado al centro dell’esagono di Saturno

Come abbiamo discusso nell’altro post su Saturno, le tempeste su questo pianeta non sono affatto un fenomeno raro e, a differenza di quanto avviene sulla Terra, la morfologia del pianeta e la sua atmosfera possono creare perturbazioni estremamente intense e che possono durare decine di anni. Sempre nel post precedente, abbiamo fatto il confronto tra le tempeste su Saturno e la grande macchia rossa di Giove, proprio per mostrare come fenomeni di questo tipo siano del tutto normali anche per altri pianeti del Sistema Solare.

Detto questo, sembrerebbe tutto chiaro, ma un punto scoperto ancora rimane. Perche’ si forma quella struttura esagonale cosi’ apparentemente perfetta e regolare?

Interno del cilindro utilizzato all'universita' di Oxford. Il colore verde e' dovuto a coloranti utilizzati per tracciare i fluidi.

Interno del cilindro utilizzato all’universita’ di Oxford. Il colore verde e’ dovuto a coloranti utilizzati per tracciare i fluidi.

In realta’, una spiegazione ufficiale della scienza ancora manca anche se, un paio di anni fa, dei fisici dell’universita’ di Oxford hanno fatto un interessante esperimento per cercare di riprodurre in laboratorio la struttura della tempesta.

L’esperimento e’ molto semplice: viene messo un cilindro con 30 litri di acqua su una piattaforma rotante a bassa velocita’. Successivamente, all’interno del volume di fluido, viene messo un anello in grado di ruotare a velocita’ molto piu’ sostenuta. A cosa serve questo? L’acqua del cilindro rappresenta l’atmosfera di Saturno, mentre l’anello in rotazione simula le correnti d’aria ad alta velocita’ che alimentano la tempesta, come mostrato nelle ultime foto di Cassini.

Cosa ha mostrato l’esperimento? In base alla differenza di velocita’ tra la piattaforma e l’anello, i ricercatori sono riusciti a creare strutture a forma di esagono, ma anche triangoli, cerchi, ellissi, ottagoni, ecc. Alla luce di questo, si puo’ supporre che molto probabilmente in prossimita’ del polo Nord di Saturno, siano presenti correnti d’aria piu’ veloci rispetto a quelle atmosferiche standard, e questa differenza sia in grado di formare la struttura esagonale. Sempre secondo i ricercatori, strutture di questo tipo possono formarsi anche sulla Terra, ma la differenza di atmosfera rispetto a Saturno, renderebbe queste formazioni visibili per tempi brevissimi.

Purtroppo l’articolo in questione e’ a pagamento, ma potete comunque leggere l’abstract della ricerca a questo indirizzo:

ScienceDirect Esagono

Concludendo, la notizia che potete leggere in questi giorni su diversi siti, e’ volutamente forzata. L’evidenza della struttura esagonale su Saturno non e’ affatto una scoperta di questi giorni. Come visto nell’articolo, la strana formazione racchiude una tempesta di notevoli dimensioni e, molto probabilmente, la forma geometrica e’ dovuta a forti correnti molto piu’ veloci di quelle atmosferiche.

 

 

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