Al planetario

Ricordi le lezioni sulla tana del coniglio? Quando ci siamo chiesti cosa succede a un sasso lasciato cadere in un tunnel scavato nella Terra che la attraversi passando per il centro?

Avevamo discusso le varie possibilità e poi guardato un'animazione su questo sito (promosso da Telecom Italia e realizzato presso l'Osservatorio Astronomico di Padova). Questo planetario virtuale
offre un percorso con animazioni e domande di comprensione e verifica.
La parte che segue riprende i contenuti del sito. per le domande e le animazioni è preferibile andare sul sito stesso (puoi interrompere quando vuoi e riprendere usando una password).

Riprendiamo le domande di allora.
1-Se la Terra è sferica, sai spiegare perchè il suolo su cui viviamo è piano ?
2-Che forma ha la Terra? E’ sfera perfetta?
3-Qual è la nostra posizione su questo pianeta? Dove ci troviamo e dove vivono gli altri abitanti? Noi viviamo... sulla sommità della Terra, tutto intorno alla Terra o sul lato piatto della Terra?
4-Un oggetto lasciato cadere si muove... Verso sud, verso il suolo, verso il centro della Terra o verso il basso?
5-Un uomo tiene in mano un bicchiere d'acqua; un altro uomo si trova dall'altra parte del globo diametralmente opposto anch’egli con in mano un bicchiere d'acqua. 
Che cosa succede all'acqua dall'altra parte del globo? Resta al suo posto o esce dal bicchiere?
6-Alcuni uomini, in vari punti del globo, tengono in mano una pietra. Che cosa succede alle pietre quando vengono lasciate andare ? Cadono ai piedi della persona o verso il basso?
7-Immagina una tunnel che attraversi tutta la Terra passando per il suo centro. Hai in mano un sasso che lasci cadere dentro l'apertura. Quale percorso seguirà? (A) Arriva dall'altra parte del tunnel e viene perso nello spazio (B) Si ferma al centro della Terra (C) Esce dall'altra parte del tunnel e si ferma sul suolo sul lato opposto (D) Si mette ad oscillare attorno al centro della Terra

Cosa faremo al Planetario
Il Planetario è una struttura con una cupola sulla quale una macchina (il planetario, appunto) proietta stelle, costellazioni ed altri oggetti o animazioni. E' anche una macchina del tempo che permetterà di fare osservazioni notturne facendo tramontare il sole in anticipo e permettendoci di osservare il cielo notturno.
Sentirai parole nuove, alcune difficili, e potrai completare alcune nozioni che già possiedi (dalla geografia, per esempio).

Per poter studiare il moto dei corpi celesti è necessario stabilire rispetto a che cosa essi si spostano.

Chiamiamo zenith la direzione esattamente sopra il capo dell'osservatore. Il nadir è invece la direzione opposta, cioè agli antipodi rispetto all'osservatore. La direzione dello zenith e del nadir dipendono dal punto in cui si trova l'osservatore.


L'orizzonte è il piano che passa per l'osservatore e perpendicolare alla direzione dello zenith. Su di esso vengono definite quattro direzioni: Nord, Est, Sud e Ovest. Esso ci appare come la linea lungo la quale il cielo e la terra si incontrano.
Il Sud è la direzione nella quale si trova il Sole quando si trova più alto sull'orizzonte, il Nord è la direzione opposta; Est e Ovest si trovano a 90° dal Nord e dal Sud. Il Sole sorge ogni giorno all'incirca (vedrai al planetario il perché di questo all'incirca) in direzione est, percorre un arco nel cielo in senso orario e tramonta all'incirca in direzione ovest (anche le stelle compiono lo stesso tragitto: lo vedrai sempre al Planetario).
Il Sole sembra compiere un giro completo attorno a noi in 24 ore.
La Terra, quindi, ruota intorno al proprio asse alla velocità di 15° ogni ora (360°:24h=15°/h). La rotazione avviene da ovest verso est, cioè se osservassimo la Terra da sopra il Polo Nord, la vedremmo ruotare in senso antiorario.

Di quanti km si sposta in un'ora ogni punto della Terra?
Il raggio della Terra all'equatore è pari a 6.378 Km.
L'equatore sarà lungo 2x3,14x6378 km, cioè circa 40.000 km.
Ogni ora, un punto fisso A sull'equatore si sposta di 15°. Quindi percorre (40.000/360)x15= 1670 km circa. Naturalmente, un altro punto B che non si trovi sull'equatore percorre un arco BB' più breve di AA', nello stesso intervallo di tempo.

A causa della rotazione della Terra, dunque, la sua superficie è sempre illuminata per metà dal Sole, mentre l'altra metà è in ombra. Quando la superficie terrestre entra nella zona d'ombra comincia la notte: preceduta da un periodo di penombra, così come lo è il sorgere del Sole.
 Ciò avviene a causa dell'atmosfera terrestre: le particelle che compongono l'atmosfera diffondono i raggi della luce solare in tutte le direzioni, quindi anche verso la zona buia, creando una zona di penombra: l'alba e il crepuscolo. Se la Terra non avesse atmosfera passeremmo improvvisamente dal pieno giorno alla notte fonda e viceversa.

Vista dall'alto

Come ci si orienta sulla Terra

Dovresti già conoscere le cose essenziali dalla geografia, ma un riepilogo è sempre utile.
La Terra ruota attorno al proprio asse: questo asse definisce la direzione Nord-Sud; il piano equatoriale rappresenta l'altro riferimento fondamentale.
Rispetto a questi due riferimenti è possibile definire le coordinate di qualsiasi punto della superficie terrestre, cioè una coppia di numeri che identificano

Oltre al piano equatoriale e all'asse di rotazione, il sistema di coordinate terrestri è costituito da una serie di piani. Ogni piano passante per il centro della Terra e per entrambi i poli si chiama meridiano e contiene l'asse di rotazione, il quale lo divide in due. 
Ogni piano parallelo al piano equatoriale si chiama parallelo. Per convenzione, si è scelto un meridiano fondamentale, quello che passa per  Greenwich, vicino a Londra. Il parallelo fondamentale è invece l'equatore, che è anche l'unico passante per il centro della Terra.

Adesso considera un punto B sulla superficie terrestre. La prima delle due coordinate di B è la longitudine: l'angolo (ecco perché si misura in gradi) compreso tra il semimeridiano passante per quel punto e il semimeridiano fondamentale, cioè quello formato dai segmenti AP e PB nel disegno qui sopra.
 La longitudine è un numero positivo se B è ad est di Greenwich, negativo altrimenti. 

La seconda coordinata è la latitudine, cioè l'angolo compreso tra l'equatore e il parallelo passante per quel luogo, misurato in gradi, da -90° a 90°. La latitudine è un numero positivo se il punto si trova a Nord dell'equatore, negativo altrimenti.

A quale distanza dall'equatore si trovano i punti di uno stesso parallelo? Alla stessa!
Adesso guarda il disegno sottostante e prova a rispondere alla seguente domanda.
Sulla superficie terrestre sono segnati 3 punti appartenenti allo stesso parallelo, cioè alla stessa distanza dall'equatore.
In quale ordine il sole sorge nei tre punti A, B e C ? 
1-Nella sequenza A B C
2-Alla stessa ora
3-Nella sequenza C B A
In quale ordine tramonta il Sole per gli stessi punti? 
1-Alla stessa ora
2-Nella sequenza C B A
3-Nella sequenza A B C

L'asse terrestre è inclinato rispetto alla direzione della retta che unisce la Terra e il Sole. La linea che separa la zona illuminata dalla zona d'ombra viene chiamata circolo di illuminazione; essa è quindi inclinata rispetto all'asse Nord-Sud.

 A causa di questa inclinazione, la durata del giorno dipende dalla nostra posizione sulla Terra. Ad esempio vedi come la parte illuminata del parallelo 1 è minore di quella del parallelo 2.

Il circolo di illuminazione è allineato nella direzione Nord-Sud solo in due particolari giorni dell'anno: l'equinozio di primavera (21 marzo) e l'equinozio d'autunno (23 settembre). Il nome equinozio deriva dal fatto che in quei giorni la durata della notte è uguale a quella del dì, perché la lunghezza dell'arco di parallelo illuminato è pari alla lunghezza dell'arco di parallelo al buio. Nel resto dell'anno, come abbiamo detto,  il circolo di illuminazione è invece inclinato rispetto alla direzione Nord-Sud.
L'angolo massimo tra la direzione Nord-Sud e il circolo di illuminazione si ha in due giorni chiamati solstizi.

Equinozi

Solstizio estate

Solstizio inverno

Che ore sono?
Se leggi su un giornale il sole oggi tramonta alle ore 17:02, l'ora 17:02 corrisponde al tempo vero locale solo per quell'insieme di punti che si trovano lungo un particolare meridiano, quello evidenziato nel disegno.  A quell'ora c'è un solo punto dove il meridiano interseca il circolo di illuminazione. Il sole tramonterà quindi veramente alle 17:02 locali solo per quel punto: per tutti gli altri punti dello stesso meridiano sarà già tramontato oppure lo farà più tardi. Il sole tramonta contemporaneamente anche per tutti i punti lungo il circolo di illuminazione, ma se essi misurassero il loro tempo a partire dal mezzogiorno locale, l'ora sarebbe diversa dalle 17:02. Solo agli equinozi il tramonto avviene alla stessa ora locale per tutti i punti che si trovano sullo stesso meridiano, perchè esso coincide con il circolo di illuminazione.

In posti diversi d'Italia tramonto e alba avvengono in generale ad un'ora diversa. Ci si accorda allora su un orario comune che vada bene per tutto il paese. Questa convenzione non può valere su una zona troppo estesa. Si è stabilito di dividere la Terra in spicchi, detti fusi orari, cioè zone con lo stesso orario ma differenze di un'ora tra una zona e l'altra. I fusi sono separati tra di loro da un meridiano. 

Nella figura qui sotto puoi vedere l'arco percorso dal Sole durante il dì, agli equinozi, a tre diverse latitudini: all'equatore, a 45° e a 75° di latitudine. Come puoi notare, l'arco percorso dal Sole all'equatore è più alto e ampio rispetto alle altre latitudini. 

Inoltre, puoi notare come l'altezza dei raggi solari sull'orizzonte varia a seconda della latitudine.

Rispondi alla seguenti domande.
In quale sequenza temporale gli abitanti dei luoghi A, B e C vedranno sorgere il Sole al mattino? 

1-Nella sequenza A B C
2-Nella sequenza C B A
3-Sorgerà per tutti allo stesso istante

In quale sequenza lo vedranno calare? 
1-Nella sequenza C B A
2-Tramonterà per tutti allo stesso istante
3-Nella sequenza A B C

La Terra ruota con velocità costante, perciò impiega meno tempo a coprire l'arco A'A" che non C'C". Per il punto A, la notte dura di più e il dì dura di meno, cioè il Sole sorge più tardi e tramonta prima.