TERRA La Terra e la Luna Materiale a

TERRA La Terra e la Luna Materiale a uso didattico riservato esclusivamente all’insegnante È vietata la vendita e la diffusione della presente opera in ogni forma, su qualsiasi supporto e in ogni sua parte, anche sulla rete Internet È vietata ogni forma di proiezione pubblica

La Terra e la Luna Il primo mammifero mai inviato nello spazio fu la cagnolina Kudrjavka, nota come Laika, a bordo della capsula spaziale sovietica SPUTNIK 2, che rimase alcuni mesi in orbita intorno alla Terra La Terra e la Luna 2

La Terra e la Luna L’esplorazione lunare iniziò nel secolo scorso con i satelliti sovietici: LUNIK 1 sorvolò la Luna, LUNIK 3 fornì la prima foto della sua faccia nascosta, LUNIK 9 fu la prima sonda ad atterrare sulla superficie La Terra e la Luna 3

La Terra e la Luna Il cosmonauta sovietico Jurij Gagarin, a bordo della VOSTOK 1, fu il primo uomo a viaggiare nello spazio e a orbitare attorno alla Terra La Terra e la Luna 4

La Terra e la Luna Il primo equipaggio umano ad atterrare sulla Luna fu quello della missione USA APOLLO 11 Il comandante Neil Armstrong, posando il primo piede sulla superficie, affermò: «È un piccolo passo per un uomo, ma un balzo gigantesco per l’umanità. » La Terra e la Luna 1969 5

La Terra e la Luna In seguito alla scoperta del ghiaccio vicino ai poli lunari, molti Paesi, tra cui Stati Uniti, Russia e Cina, stanno progettando di installare sulla Luna BASE PERMANENTE Nei prossimi anni torneranno a intensificarsi le missioni verso il nostro satellite La Terra e la Luna 6

1 Il moto di rotazione della Terra I moti principali della Terra Il nostro pianeta, la Terra, § ruota incessantemente su se stesso (moto di rotazione) § nell’arco di un anno, percorre un “giro” completo intorno al Sole (moto di rivoluzione) Da questi movimenti dipendono molti fenomeni che sono invece molto evidenti, come § l’alternarsi del dì e della notte § il susseguirsi delle stagioni La Terra e la Luna 7

1 Il moto di rotazione della Terra Il moto di rotazione e le sue conseguenze Il moto di rotazione della Terra avviene da ovest verso est intorno all’asse terrestre, un asse immaginario che attraversa tutto il globo e ne interseca la superficie in due punti detti Polo Nord e Polo Sud. L’effetto più evidente della rotazione terrestre è l’alternarsi del dì e della notte In ogni istante la luce del Sole illumina solo una metà del nostro pianeta, dividendolo in due zone, una illuminata e una in ombra § la zona di penombra che separa le due zone è chiamata circolo di illuminazione La Terra e la Luna 8

1 Il moto di rotazione della Terra Un’altra conseguenza della rotazione terrestre è il moto apparente del Sole e delle stelle Nel corso del dì, il Sole sembra muoversi lungo un arco § all’alba sorge a oriente § a mezzogiorno raggiunge l’altezza massima sull’orizzonte (culminazione) § al tramonto scompare a occidente Nel nostro emisfero, tutte le stelle sembrano ruotare attorno alla Stella Polare, che si trova sul prolungamento dell’asse terrestre in direzione nord La Terra e la Luna 9

1 Il moto di rotazione della Terra La Terra e la Luna 10

1 Il moto di rotazione della Terra Il moto apparente del Sole La Terra e la Luna Il moto apparente delle stelle 11

1 Il moto di rotazione della Terra Giorno siderale e giorno solare Il tempo impiegato dalla Terra per compiere una rotazione completa intorno al proprio asse rispetto alle stelle è circa 23 ore e 56 minuti. Questo intervallo di tempo è detto giorno siderale Il tempo impiegato dalla Terra per compiere un giro completo intorno al proprio asse rispetto al Sole, invece, è un po’ più lungo Il giorno solare è l’intervallo di tempo compreso tra due passaggi del Sole sopra allo stesso punto e dura in media 24 ore La Terra e la Luna 12

1 Il moto di rotazione della Terra La Terra e la Luna 13

1 Il moto di rotazione della Terra Rotazione e forma della Terra Un’altra conseguenza della rotazione terrestre è che la Terra non è una sfera perfetta § ha la forma di una sfera schiacciata ai poli, chiamata ellissoide § questo avviene perché la forza centrifuga dovuta al moto di rotazione – è massima all’Equatore – diminuisce progressivamente verso i poli La Terra e la Luna 14

1 Il moto di rotazione della Terra La Terra e la Luna 15

1 Il moto di rotazione della Terra La Terra e la Luna 16

2 Il moto di rivoluzione della Terra Il moto attorno al Sole Il moto di rivoluzione è il movimento che la Terra compie percorrendo un’orbita ellittica intorno al Sole, da ovest verso est, in circa 365 giorni e 6 ore (anno solare) L’orbita della Terra § ha la forma di un’ellisse, curva caratterizzata da due “centri”, detti fuochi § il Sole occupa uno dei due fuochi § la distanza tra la Terra e il Sole non è costante – nel punto più lontano (afelio) distano 152, 1 milioni di kilometri – In quello più vicino (perielio) 147, 1 milioni di kilometri La Terra e la Luna 17

2 Il moto di rivoluzione della Terra La Terra e la Luna 18

2 Il moto di rivoluzione della Terra Le stagioni Il piano su cui giace l’orbita terrestre è detto piano dell’eclittica. L’asse di rotazione della Terra è inclinato di circa 23° rispetto alla perpendicolare a tale piano e rimane sempre parallelo a se stesso via che la Terra si sposta lungo l’orbita: da ciò dipende l’alternarsi delle stagioni Per capirlo identifichiamo i quattro punti lungo l’orbita terrestre che scandiscono l’inizio delle stagioni § gli equinozi § i solstizi La Terra e la Luna 19

2 Il moto di rivoluzione della Terra La Terra e la Luna 20

2 Il moto di rivoluzione della Terra § Il 21 marzo, equinozio di primavera – i raggi solari sono perpendicolari all’Equatore – la lunghezza del dì e quella della notte sono uguali in tutto il globo – nell’emisfero boreale (settentrionale) inizia la primavera – in quello australe (meridionale) inizia l’autunno § Il 21 giugno, solstizio d’estate – i raggi solari sono perpendicolari al Tropico del Cancro – la durata del dì è massima rispetto a quella della notte – nel nostro emisfero, inizia l’estate – nell’emisfero australe inizia l’inverno La Terra e la Luna 21

2 Il moto di rivoluzione della Terra § Il 23 settembre, equinozio d’autunno – La situazione è analoga a quella dell’equinozio di primavera – nel nostro emisfero inizia l’autunno – in quello meridionale la primavera § Il 21 dicembre, solstizio d’inverno – i raggi solari sono perpendicolari al Tropico del Capricorno – nell’emisfero boreale inizia l’inverno – l’emisfero australe riceve gran parte della radiazione solare (inizia l’estate) – in quello boreale i raggi del Sole arrivano molto inclinati e la durata del dì rispetto a quella della notte è minima La Terra e la Luna 22

2 Il moto di rivoluzione della Terra Osserviamo che solo agli equinozi il Sole sorge esattamente a est e tramonta esattamente a ovest La Terra e la Luna 23

2 Il moto di rivoluzione della Terra La Terra e la Luna 24

3 La Luna e le sue fasi Il nostro satellite La Luna è il satellite naturale della Terra § La massa della Luna è pari a un ottantunesimo di quella terrestre § Il suo raggio è circa 1737 km, poco più di un quarto di quello terrestre. § La superficie è costellata di crateri da impatto § Sono visibili i mari, aree più scure formate dal raffreddamento di lave fluide La Terra e la Luna 25

3 La Luna e le sue fasi I moti di rotazione e di rivoluzione La Luna compie un moto di rivoluzione attorno alla Terra in senso antiorario, lungo un’orbita ellittica, a una distanza media dalla Terra di circa 384 400 km § Il punto dell’orbita in cui la Luna si trova più lontana dalla Terra si chiama apogeo § Quello in cui si trova più vicina è il perigeo La Terra e la Luna 26

3 La Luna e le sue fasi Contemporaneamente, la Luna compie un moto di rotazione su se stessa. Poiché i moti di rotazione e di rivoluzione si compiono entrambi in 27 giorni e 7 ore, si dice che la Luna compie una rotazione sincrona Per questo motivo, dalla Terra vediamo sempre la stessa faccia del nostro satellite Inoltre, a causa del suo moto di rivoluzione, ogni giorno la Luna sorge e tramonta con circa 50 minuti di ritardo rispetto al giorno precedente La Terra e la Luna 27

3 La Luna e le sue fasi La Terra e la Luna 28

3 La Luna e le sue fasi Le fasi lunari La Luna non emette luce propria, ma riflette la luce del Sole Man mano che la Terra e la Luna descrivono le loro orbite, l’aspetto della Luna cambia, secondo una sequenza periodica di fasi lunari La Terra e la Luna 29

3 La Luna e le sue fasi 1. Luna nuova o novilunio (Luna tra la Terra e il Sole) 2. Luna crescente (falce sottile verso ovest) 3. Primo quarto (Luna in quadratura, mezzo disco illuminato) 4. Gibbosa crescente (la Luna è tutta illuminata, a parte una falce verso est) 5. Luna piena o plenilunio (Luna e il Sole in opposizione) La Terra e la Luna 30

3 La Luna e le sue fasi 6. Gibbosa calante (un piccolo spicchio verso ovest comincia ad andare in ombra) 7. Ultimo quarto (la Luna è di nuovo in quadratura, visibile solo mezzo disco verso est) 8. Luna calante (visibile uno spicchio verso est) 9. Luna nuova La Terra e la Luna 31

3 La Luna e le sue fasi Con il ritorno alla luna nuova, il ciclo delle fasi lunari termina, dopo circa 29 giorni e 12 ore (mese sinodico) Il mese sinodico è circa due giorni più lungo del periodo di rivoluzione della Luna (mese siderale) § mentre la Luna ruota attorno alla Terra, questa ruota attorno al Sole § per trovarsi nuovamente tra la Terra e il Sole, la Luna deve ruotare ancora un po’ La Terra e la Luna 32

3 La Luna e le sue fasi La Terra e la Luna 33

4 Le eclissi di Sole e di Luna sono fenomeni astronomici poco frequenti e, in genere, molto suggestivi Le eclissi solari Si ha un’eclisse solare quando la Luna, in fase di Luna nuova, cioè in congiunzione, si 11 trova tra la Terra e il Sole e oscura del tutto o in parte il disco solare La Terra e la Luna 34

4 Le eclissi In questa posizione, la Luna proietta nello spazio un cono d’ombra delimitato da un cono di penombra § nella zona d’ombra, gli osservatori sulla superficie della Terra assistono a un’eclisse totale – la Luna oscura totalmente il Sole, lasciando visibile solo la corona solare § nella zona di penombra gli osservatori assistono a un’eclisse parziale La Terra e la Luna 35

4 Le eclissi Eclisse anulare Le eclissi solari sono possibili perché la grandezza apparente della Luna, vista dalla Terra, è confrontabile con quella del Sole Se la Luna si trova all’apogeo e la Terra al perielio, la Luna non è più in grado di coprire l’intero disco solare § ne lascia scoperto un anello più esterno La Terra e la Luna 36

4 Le eclissi lunari Si ha un’eclisse lunare quando la Luna, in fase di Luna 11 oscurata del tutto piena, perciò in opposizione, viene o in parte dalla Terra che si trova tra la Luna e il Sole La Terra proietta un cono d’ombra delimitato da un cono di penombra § Si ha un’eclisse totale se la Luna entra completamente nella zona d’ombra – è visibile in tutto l’emisfero notturno della Terra § Si ha un’eclisse parziale se la Luna – non è perfettamente allineata – non entra tutta nella zona d’ombra La Terra e la Luna 37

4 Le eclissi La Terra e la Luna 38

4 Le eclissi Un fenomeno raro L’orbita della Luna attorno alla Terra è inclinata di circa 5° rispetto a quella della Terra attorno al Sole L’allineamento perfetto di Terra, Sole e Luna avviene solo quando la Luna si trova in prossimità della linea dei nodi (intersezione fra il piano dell’orbita terrestre e quello dell’orbita lunare) § Questo avviene durante il plenilunio o il novilunio La Terra e la Luna 39

4 Le eclissi La Terra e la Luna 40

4 Le eclissi La Terra e la Luna 41

5 Le maree lunari Le maree sono fenomeni che riguardano i mari e gli oceani di tutta la Terra La marea è una variazione periodica del livello del mare. Quando il livello è minimo si parla 11 di bassa marea, quando è massimo si parla di alta marea La Terra e la Luna 42

5 Le maree Il fenomeno delle maree è collegato soprattutto all’attrazione gravitazionale reciproca tra la Terra e la Luna L’intensità di questa forza diminuisce all’aumentare della distanza La Terra e la Luna 43

5 Le maree La Terra compie una rotazione completa su se stessa in 24 ore § in ogni punto della superficie si verificano ogni giorno due alte maree e due basse maree § poiché a causa della sua rivoluzione la Luna ritarda ogni giorno di 50 minuti, il ciclo delle maree si ripete ogni 24 ore e 50 minuti La Terra e la Luna 44

5 Le maree Il Sole e le maree A causa della grande distanza dalla Terra, la forza di marea del Sole è circa la metà di quella della Luna § Quando il Sole e la Luna sono in congiunzione (Luna nuova) o in opposizione (Luna piena), le loro forze di marea si sommano – maree massime o vive § Quando la Luna è in fase di quadratura, le due forze di marea agiscono in senso opposto – maree minime o morte La Terra e la Luna 45

5 Le maree La Terra e la Luna 46

5 Le maree La Terra e la Luna 47

Costruiamo una meridiana OCCORRENTE §un quadrato di cartone 40 cm × 40 cm §due quadrati di cartone 25 cm × 25 cm §riga da disegno, matita, foglio A 4 §forbice e nastro adesivo §un’asticella di legno §una bussola La Terra e la Luna 48

COSTRUIAMO UNA MERIDIANA PROCEDIMENTO 1. Con un goniometro, disegna su un foglio un triangolo rettangolo con la base c 2 di 20 cm e l’angolo alla base uguale alla latitudine della tua città 2. Usa il triangolo come sagoma per ritagliare triangoli uguali dai cartoni 25 cm × 25 cm 3. Su una faccia del cartone 40 cm × 40 cm fissa i triangoli come in figura 4. Fora il piano della meridiana in corrispondenza del vertice del triangolo centrale 5. Fotocopia, ingrandendola al 500%, la figura del quadrante con le linee delle ore e incollala sulla faccia anteriore della meridiana La Terra e la Luna 49

COSTRUIAMO UNA MERIDIANA 6. Infila l’asticella di legno nel foro per circa 5 cm e fissala al triangolo di sostegno 7. Per leggere l’ora in una giornata di Sole, devi posizionare la meridiana in modo che lo gnomone (l’asticella) sia rivolta a nord; per compiere questo passaggio aiutati con una bussola. La posizione dell’ombra dello gnomone permette di leggere l’ora solare locale Fai attenzione: il polo nord magnetico, individuato dalla bussola, non coincide esattamente con il Polo Nord geografico La Terra e la Luna 50

Determiniamo l’altezza del sole con un astrolabio OCCORRENTE § due tubi di cartone (rotoli per alimenti); il diametro di ogni tubo deve essere compreso tra 1/15 e 1/25 della sua lunghezza § una scatola da scarpe § un disco di cartone § forbice, nastro adesivo, matita § riga, compasso, goniometro circolare § un chiodo più lungo del diametro del tubo § filo a piombo (da costruire con spago e un bullone) La Terra e la Luna 51

DETERMINIAMO L’ALTEZZA DEL SOLE CON UN ASTROLABIO PROCEDIMENTO 1. Unisci i tubi tra loro usando il nastro da pacchi Fai attenzione che i tubi siano ben allineati. 2. Asporta una delle facce minori della scatola di cartone. Usando il cartone ottenuto ritaglia quattro triangoli rettangoli che ti serviranno per fissare il tubo alla scatola La Terra e la Luna 52

DETERMINIAMO L’ALTEZZA DEL SOLE CON UN ASTROLABIO 3. Fissa il coperchio alla scatola in modo da ottenere un solido unico. Disegna due diagonali sul coperchio. Facendo centro sull’intersezione delle diagonali, disegna un cerchio con lo stesso diametro del tubo Ritaglia il cerchio in modo da ottenere un foro in cui inserire il tubo per circa 2 cm, perpendicolare alla scatola Fissa il tubo usando i quattro triangoli ritagliati in precedenza e del nastro adesivo La Terra e la Luna 53

DETERMINIAMO L’ALTEZZA DEL SOLE CON UN ASTROLABIO 4. Quindi fissa il disco al tubo facendo passare il chiodo al centro del goniometro e poi attraverso il tubo I valori di 90° e 270° del goniometro devono essere posizionati lungo l’asse del tubo rispettivamente verso la scatola e verso l’imboccatura del tubo Fissa il filo a piombo al chiodo che hai usato per fissare il goniometro Dovresti avere un astrolabio analogo a quello in figura La Terra e la Luna 54

DETERMINIAMO L’ALTEZZA DEL SOLE CON UN ASTROLABIO 5. Ora puoi usarlo per misurare l’altezza del Sole sull’orizzonte con l’aiuto di altre due persone. Disponete lo strumento in modo che il tubo sia orientato in direzione del Sole fino a quando l’ovale luminoso che si forma sul fondo della scatola non diventerà un cerchio 6. Leggete sul goniometro l’angolo tra lo 0 e il filo a piombo. Con l’astrolabio, misurate l’altezza del Sole sull’orizzonte ogni 5 minuti in un arco di tempo che va dalle 11: 30 alle 13: 30 di un giorno qualsiasi. Fate la stessa lettura lo stesso giorno della settimana per lo stesso periodo in diversi momenti dell’anno Che cosa si nota? La Terra e la Luna 55

DETERMINIAMO L’ALTEZZA DEL SOLE CON UN ASTROLABIO La Terra e la Luna 56

Un planetario portatile I planetari sono strumenti che permettono di simulare il movimento apparente dei corpi celesti È possibile riprodurre i movimenti dei corpi celesti anche sul proprio smartphone o computer con un software opportuno 1. Dopo aver installato, con la guida del tuo insegnante, un apposito software prova a impostare come posizione quella di un osservatore al Polo Nord 2. Facendo scorrere il tempo più velocemente, puoi osservare il moto delle stelle e del Sole 3. A questo punto, puoi provare a variare la tua posizione e scoprire, per esempio, che cosa succede all’Equatore! La Terra e la Luna 57

Calendari a confronto I principali calendari utilizzati nel corso dei secoli sono solari ü si basano cioè sul moto della Terra con riferimento al Sole Il moto di rivoluzione, però, dura 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi ü Il calendario di 365 giorni adottato fin dall’antichità aveva il difetto di introdurre un anticipo di quasi 6 ore ogni anno ü questo, a lungo andare, aveva causato uno slittamento delle stagioni La Terra e la Luna 58

CALENDARI A CONFRONTO Per risolvere il problema, nel 45 a. C. , fu introdotto il calendario Giuliano con l’anno bisestile, in cui febbraio ha 29 giorni e l’anno dura un giorno in più ü con l’anno bisestile l’errore si ridusse a un ritardo di 11 minuti e 14 secondi ogni anno ü anche questo errore portò nel corso degli anni a uno sfasamento rispetto alle stagioni Il calendario gregoriano, introdotto nel 1582 da papa Gregorio XIII, stabilì allora che: ü per recuperare i giorni perduti (che erano 10), il giorno successivo al 4 ottobre 1582 fosse il 15 ottobre ü gli anni multipli di 100, ma non di 400, non fossero bisestili – in questo modo la differenza con il ritardo del calendario giuliano è di soli 26 s La Terra e la Luna 59

CALENDARI A CONFRONTO La Terra e la Luna 60