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domenica 30 giugno 2019

248. Fasi Lunari

Dedicato a Guillermo Mordillo e alle sue lune

Giusto per fare chiarezza, le Lunule con le fasi lunari non c’entrano molto. Qui di seguito si cerca di spiegare brevemente cosa sono le fasi lunari.
La Luna impiega 29,53 giorni per completare un’orbita attorno alla Terra in un ciclo lunare completo (Periodo Sinodico) e, durante questo tempo, passerà per ognuna delle sue fasi. Poiché il periodo orbitale della Luna dura meno di un mese medio, a seconda del numero esatto di giorni del mese, la Luna Piena anticipa un giorno o due ogni mese.
I cambiamenti possono sembrare lenti, ma in un dato giorno la quantità di Luna illuminata dal Sole può variare fino al 10% (in circa 15 giorni cambia del 100%).
Le 4 principali fasi della Luna sono: Luna Nuova, Primo Quarto, Luna Piena e Ultimo Quarto.
La Luna Nuova si verifica con una luminosità pari allo 0% quando la Luna è completamente scura, mentre la fase di Luna Piena con una luminosità del 100%. Per i Quarti di Luna la luminosità è del 50%.

La “Luna Piena” non è “piena” per tutto il giorno (o per tutta la notte) avviene in un preciso istante del Periodo Sinodico e potrebbe anche succedere quando per voi è giorno.

I greci furono tra i primi a dare uno sguardo scientifico alla Luna e alle sue fasi. Intorno al 500 a.C. osservarono attentamente la linea di confine (il Terminatore) tra i 2 emisferi (oscuro e luminoso) della Luna, e sulla base della stima della sua forma, ipotizzarono correttamente che la Luna dovesse essere una sfera. Alcuni secoli più tardi, intorno al 350 a.C., Aristotele fece ulteriori osservazioni e, osservando l'ombra della Terra sulla faccia della Luna durante un'eclissi lunare, capì che anche la Terra dovesse essere una sfera. Però, ragionando erroneamente, ipotizzo che la Terra fosse fissa nello spazio e che la Luna, il Sole e le stelle ruotassero attorno ad essa. Credeva anche che la Luna fosse una sfera traslucida che viaggiava in un'orbita perfetta attorno alla Terra.
Nei primi anni del 1500 l'astronomo Niccolò Copernico sviluppò un modello del Sistema Solare in cui la Terra e gli altri pianeti orbitavano attorno al Sole e la Luna orbitava intorno alla Terra. Cento anni dopo Galileo Galilei usò uno dei primi telescopi per osservare il Terminatore e dedusse dalle ombre irregolari durante la fase calante, che la superficie della Luna era piena di crateri e valli.
Dopo Copernico e Galilei, la lunga visione aristotelica dei cieli dell'Universo venne ribaltata e la Terra divenne uno dei pianeti orbitanti intorno al Sole e la Luna un satellite craterizzato in orbita intorno alla Terra.

In figura viene schematizzato un mese lunare :




Essendo in rotazione sincrona, la Luna rivolge sempre la stessa faccia verso la Terra e il suo lato nascosto è rimasto sconosciuto fino al recente periodo delle esplorazioni spaziali.
In realtà, per il fenomeno della librazione, la superficie nascosta non raggiunge la metà di questo corpo celeste ma è solo del 41%, pari a 15,5 milioni di km². Il 10 ottobre 1959, la cosmonave sovietica Luna 3 fotografò per la prima volta il lato “oscuro” della Luna. Durante il suo moto orbitale il diverso aspetto causato dall'orientazione rispetto al Sole genera le diverse fasi chiaramente visibili, ed è importante ricordare che anche l’altro lato viene periodicamente illuminato (durante la fase di Luna Nuova si ha il massimo della sua illuminazione).

In prima approssimazione, possiamo considerare la Luna come una sfera in rotazione, metà chiara e metà scura, o più semplicemente una semisfera con la faccia piatta scura.

Così si può pensare di avere una semicirconferenza chiara a cui viene sovrapposta un’ellisse con la lunghezza dell’asse maggiore uguale al diametro della Luna e quella dell’asse minore variabile periodicamente. L’ellisse è chiara quando la parte illuminata supera il 50% e scura nell’altro caso.


La formula per il calcolo della percentuale illuminata è : ( 1 + cos φ ) / 2
con phi che varia da 0 a 360 gradi durante il Periodo Sinodico e alla quale corrisponde la seguente curva della luminosità :


che è molto simile a quanto riportato nel sito della Luna :

                  https://www.moongiant.com/phase/today/

Possiamo quindi concludere che non è una Lunula che è invece sempre la sottrazione di due circonferenze, anche se nei fumetti viene spesso disegnata così.






venerdì 21 giugno 2019

247. Lunule

Ippocrate di Chio (440 a.C. circa) nacque sull'omonima isola, non lontano dall'isola di Kos, dove nacque un altro "Ippocrate” che divenne il padre della medicina greca e iniziatore del ben noto giuramento.
La leggenda narra che Ippocrate di Chio fu vittima di una truffa in cui perse tutto il suo denaro. Per guadagnarsi da vivere si dedicò alla geometria e tentò di risolvere due classici problemi della matematica greca: la quadratura del cerchio e la duplicazione del cubo. Ippocrate non riuscì in questa impresa ma calcolò l’area delle lunule e trovò una loro interessante proprietà, che, per vie traverse, è arrivata fino a noi.

Una regione del piano i cui confini sono archi di due cerchi è detta lunula (per la sua forma caratteristica).
https://areeweb.polito.it/didattica/polymath/htmlS/argoment/ParoleMate/Ott_06/LunuleIppocrate.htm

Sappiamo che è impossibile "quadrare" un cerchio, che significa che non possiamo costruire un quadrato con la stessa area usando solo riga e compasso, ma è possibile "quadrare" certe lunule e Ippocrate di Chio fu il primo a dimostrarlo.
Solo 5 particolari lunule possono essere “quadrate” con metodi euclidei: 3 di queste furono descritte da Ippocrate stesso, mentre altre 2 furono scoperte a metà del 1700. Queste ultime 2 sono spesso accreditate ad Eulero.
La prova che queste 5 sono le uniche lunule “quadrabili” con metodi euclidei, fu data nel XX secolo da N.G. Tschebatorew e A.W. Dorodnow.

Non è troppo difficile scoprire queste 5 lunule “quadrabili”, specialmente con l'aiuto dei moderni metodi trigonometrici. In generale, si consideri la lunula descritta da segmenti di arco di due cerchi sfalsati, uno di raggio r e l'altro di raggio R, come mostrato qui di seguito:

https://www.mathpages.com/home/kmath171/kmath171.htm


La prima figura (nel riquadro in alto a sinistra) serve solo per mostrare gli elementi principali della generica configurazione; le altre 5 figure riportano R ed r (con R > r ) ed il rapporto u tra i loro quadrati.
Ad esempio, per u = 2 , R è uguale alla diagonale del quadrato di lato r.
In questo caso vale quanto riportato nel sito di Gianfranco Bo:

http://utenti.quipo.it/base5/pitagora/lunula.htm

  
L’area del triangolo giallo è uguale a quella della lunula azzurra.

E questo vale per tutte le 5 lunule mostrate. La dimostrazione che l’area della lunula è uguale a quella del triangolo, è probabilmente la prima “quadratura” della storia.







Nel gravitare intorno alla Terra, nelle notti di plenilunio, la Luna può entrare nel cono d’ombra terrestre. In questo caso si ha un’eclisse lunare, che risulta visibile da tutto l’emisfero notturno della Terra.

Se invece è la Luna a proiettare la sua ombra sulla Terra si ha un’eclisse solare.



Il numero massimo di eclissi in un anno è 7, in ragione di 2 eclissi lunari e 5 solari oppure 3 lunari e 4 solari.  Comunque questi casi sono abbastanza rari; di norma ci sono 2 eclissi solari e 2 lunari per anno.  Il numero minimo è 2 per anno (entrambi solari).
Come detto in un precedente post , ci sono occasioni che possono capitare una sola volta nella vita, e il fotografo della NASA Joel Kowsky ne ha avuta una, riuscendo a catturare, vicino a Banner nel Wyoming, un’immagine (composta da 7 fotogrammi) che mostra la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) mentre transita davanti al Sole a 7,66 km/s (circa 27.600 km/h) durante l'eclissi parziale.
Ecco, questa è una delle immagini più spettacolari di una lunula.











giovedì 24 agosto 2017

233. Eclissi e ISS


Un'eclissi totale di Sole ha attraversato una stretta porzione degli Stati Uniti lunedì 21 agosto: da Lincoln Beach in Oregon a Charleston nella Carolina del Sud.


L’eclissi solare parziale è stata comunque visibile in tutto il continente nordamericano.




Ci sono occasioni che possono capitare una sola volta nella vita, e il fotografo della NASA Joel Kowsky ne ha avuta una, riuscendo a catturare, vicino a Banner nel Wyoming, una spettacolare immagine (composta da 7 fotogrammi) che mostra la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) mentre transita davanti al Sole a 7,66 km/s (circa 27.600 km/h) durante l'eclissi parziale.


A bordo, come parte di “Expedition 52”, è presente un equipaggio di 6 persone: gli astronauti della NASA Peggy Whitson, Jack Fischer e Randy Bresnik; i russi Fyodor Yurchikhin e Sergey Ryazanskiy della RKA e l'astronauta Paolo Nespoli dell'ESA (Agenzia Spaziale Europea).

Il diametro angolare del Sole è di 32’ (0,53 gradi), mentre ISS ha un periodo orbitale di 92,7 minuti e se vi dovesse capitare di osservarla, vi potreste rendere conto di cosa significhi viaggiare a più di 22 volte la velocità del suono (o circa 30 volte quella di un aereo di linea).



Con un semplice calcolo si ottiene che la velocità angolare di ISS è circa 0.0647 gradi/sec (3,9’/sec) e quindi occorrono 8,24 secondi per spostarsi da una parte all’altra del Sole.
Un'orbita geostazionaria (in inglese: Geostationary Earth Orbit o GEO) è un'orbita circolare ed equatoriale, situata ad un’altezza tale che il periodo di rivoluzione di un satellite che la percorre coincide con il periodo di rotazione della Terra. È un caso particolare di orbita geosincrona. Si dice orbita geosincrona una qualsiasi orbita sincrona attorno alla Terra, potenzialmente utilizzabile da satelliti artificiali. I satelliti in orbita geosincrona sono caratterizzati da un periodo orbitale pari al giorno siderale terrestre. È importante osservare che questi satelliti non mantengono sempre necessariamente la medesima posizione nel cielo della Terra.

Dovendo pensare ad un film di fantascienza, il primo che mi viene in mente è “2001: Odissea nello spazio”. Il film di Stanley Kubrick del 1968, basato su un soggetto di Arthur C. Clarke, il quale ha poi tratto dalla sceneggiatura un romanzo dal titolo omonimo. Non credo che sia il caso di spendere molte parole che sarebbero probabilmente fuori luogo; preferisco riportare quanto detto dallo stesso regista: “Ognuno è libero di speculare a suo gusto sul significato filosofico del film, io ho tentato di rappresentare un'esperienza visiva, che aggiri la comprensione per penetrare con il suo contenuto emotivo direttamente nell'inconscio.”





La previsione più famosa di Sir Arthur C. Clarke sul futuro è la sua proposta di utilizzare satelliti geostazionari per le telecomunicazioni, pubblicata nella rivista Wireless World nel 1945. Non considerata seriamente all’inizio, è poi diventata realtà 20 anni dopo con il lancio del 6 aprile 1965 di Intelsat-Early Bird, il primo satellite geostazionario commerciale di comunicazione.

Un satellite posizionato in un'orbita circolare equatoriale ad una distanza di circa 42.164 km dal centro della Terra (35.787 km sopra il livello del mare) con un periodo pari alla rotazione della Terra sul suo asse (Giorno Siderale = 23h 56m), rimane geostazionario sullo stesso punto sull'equatore della Terra. Nel 2002 la Clarke Orbit aveva oltre 300 satelliti. Il primo riferimento ai satelliti geostazionari è contenuto nell’articolo di Clarke (inviato all'editore nel 1945) intitolato “Peacetime Uses for V2” pubblicato nel numero di Wireless World.

Arthur C. Clarke nella sua autobiografia scientifica “Ascent to Orbit”, pubblicata nel 1984, afferma di aver dimenticato questa lettera fino a quando glielo è stato ricordato dal personale ingegneristico della Sri Lanka Broadcasting Corporation nel 1968.
In tabella vengono riportate le velocità di satelliti in orbita ad una distanza R dal centro della Terra.
 

 
Raggio (km)
m/s
km/h
ISS
6,785
7,661
27,579
Satelliti Geostazionari
42,168
3,073
11,063
Luna
384,000
1,018
3,666

 

L’idea di Clarke era di utilizzare i satelliti artificiali nello spazio in modo che servissero da ripetitori.




 
         

 












sabato 16 maggio 2015

186. Notti senza stelle

Il pianeta Kalgash è illuminato da 6 soli ed il Buio è sconosciuto. Il Culto, una setta religiosa, profetizza che l'Oscurità e l'apparizione delle stelle annunceranno la fine del mondo. Le ricerche archeologiche sembrano indicare un carattere ciclico della storia del pianeta: una successione di civiltà giunte a vertici paragonabili a quella dell'epoca del racconto e tutte sistematicamente scomparse.
La Legge di Gravitazione Universale, appena scoperta, permette di ipotizzare l'esistenza di una luna e di un'eventuale eclissi di uno dei soli, quando tutti gli altri cinque sono tramontati. Questo eventuale Buio porterebbe certamente ad uno stato di follia collettiva.
Seguendo il filo di questa trama, un giovane Isaac Asimov nel 1941 descrive gli ultimi giorni degli abitanti della città di Saro nel racconto: Notturno (Nightfall).
 

Provate ad immaginare come sarebbe la nostra idea dell’Universo se il cielo fosse sempre coperto dalle nuvole. Ad una cert’ora del mattino cominceremmo ad avere una luce diffusa e dopo un po’ di ore di luce tornerebbe il buio. Non avremmo un riferimento che ci indichi il momento del giorno o della notte (Sole, Luna o stelle) e non conosceremmo neanche le ombre dei vari oggetti esposti al Sole. Oltre a non conoscere il fascino di alcuni tramonti, le meridiane non sarebbero state inventate.

Avremmo lo stesso qualche indizio che potrebbe fornirci qualche elemento: i materiali magnetici che si orientano secondo una certa direzione, i pendoli che tendono ad avere un moto rotatorio e la relazione che lega i periodi dell’anno dove le giornate sono più calde, con il fatto che sono anche più luminose e la durata del giorno è maggiore.

E’ grazie alla diversa posizione delle stelle alle diverse latitudini, che i filosofi greci riuscirono ad ipotizzare la sfericità della Terra.
O, in seguito, all’osservazione dell’ombra della Terra proiettata sulla Luna durante un’eclissi lunare.
Ed, infine, all’orizzonte che ci appare curvo con le navi che ad una certa distanza dalla riva scompaiono alla vista dell’osservatore, fornendo un chiaro indizio della curvatura della Terra, forse non avremmo potuto osservarlo così di frequente, in quanto poche persone si sarebbero avventurate in mare aperto senza poter contare sull’aiuto delle stelle per potersi orientare.


Il fisico francese Gaspard Gustave de Coriolis nel 1835 mostrò che un osservatore posizionato su un sistema di riferimento rotante si troverà a dover fare i conti con forze (di Coriolis) che dipendono, oltre che dalla velocita angolare, dalla direzione e dalla velocità del corpo. Queste forze fittizie sono alla base della formazione dei sistemi ciclonici o anticiclonici nell'atmosfera.

Per ricordare il senso di rotazione del fenomeno si può usare questo semplice schema mnemonico (valido solo nell'emisfero settentrionale):

·         Anticiclone (alta pressione)          >>>     Senso orario

·         Ciclone  (bassa pressione)           >>>     Senso antiorario
 

Effetti della forza si manifestano anche in fisica atomica (nelle molecole poliatomiche il cui moto molecolare può essere descritto come una rotazione rigida più una vibrazione delle parti attorno alla posizione di equilibrio) e questo produce una particolare confusione, nello spettro molecolare, tra i livelli rotazionali e vibrazionali.

Gli insetti del gruppo dei ditteri e dei lepidotteri utilizzano due minuscole strutture vibranti sui fianchi del corpo per percepire gli effetti della forza di Coriolis.
Questi organi svolgono un ruolo chiave nell'abilità degli insetti nel volo acrobatico.


L’esempio più noto è il Pendolo di Foucault.
 


Si tratta di un alto pendolo libero di oscillare in ogni direzione per molte ore. Il primo pendolo di Foucault fu presentato al pubblico nel 1851 ed era costituito da una sfera di 28 kg sospesa alla cupola del Pantheon di Parigi con un filo lungo 67 m. In un sistema inerziale, avrebbe tracciato linee sempre nella medesima direzione, ma così non fu.
Alle varie latitudini della Terra, tranne che lungo la linea dell'equatore, si osserva che il piano di oscillazione del pendolo ruota lentamente. In particolare al Polo Nord e al Polo Sud la rotazione avviene in un giorno siderale: il piano di oscillazione si mantiene fermo mentre la Terra ruota, in accordo con la legge del moto di Newton.
Alle altre latitudini il piano di oscillazione ruota con un periodo inversamente proporzionale al seno della latitudine stessa; a 45° la rotazione avviene ogni 1,4 giorni, a 30° ogni 2 giorni e così via.

La forza di Coriolis viene anche utilizzata nei moderni giroscopi che utilizzano sensori allo stato solido con tecnologie MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems).

Certo è che se senza l’aiuto delle stelle la concezione del mondo e dell'Universo sarebbe stata sicuramente differente.
 
 
 

http://it.wikipedia.org/wiki/Orizzonte
http://it.wikipedia.org/wiki/Sfericit%C3%A0_della_Terra
http://astrocultura.uai.it/fantascienza/notturno.htm
http://it.wikipedia.org/wiki/Forza_di_Coriolis
 


lunedì 23 marzo 2015

183. Eclissi

Il 20 marzo 2015 c’è stata un’eclissi di Sole (parziale in Italia).
Iniziata attorno alle 9.20, con un massimo alle 10.20, e terminata alle 11.20 circa.
L’eclissi totale è avvenuta alla latitudine dell’Islanda, nell’Italia del Nord si è avuto un massimo del 70% e via via sempre meno spostandosi verso Sud fino ad un occultamento del disco solare del 50% in Sicilia.

Molte altre informazioni relative a questa eclissi potete trovarle ad esempio:


 
Possiamo avere eclissi di Sole o di Luna; vediamo di cosa si tratta.

Secondo le attuali teorie, la posizione della Luna alla sua formazione era a un terzo dell’attuale distanza dalla Terra e un mese lunare durava solo 5 giorni. Ogni anno, però, questa distanza aumenta di 38 millimetri e come conseguenza si ha che la rotazione terrestre rallenta (176. Alla ricerca del tempo perduto - Il secondo in più).
 

 
Oggi il mese lunare è quasi sestuplicato e la distanza Terra-Luna è circa 400 volte inferiore a quella Terra-Sole.




La notevole coincidenza sta nel fatto che il diametro della Luna è proprio 400 volte più piccolo di quello solare! 
Durante una eclissi di Sole i 2 corpi celesti si sovrappongono quasi perfettamente.
 

In un altro post: 114. Cristoforo Colombo e l’eclissi di Luna  abbiamo visto come nel gravitare intorno alla Terra (nelle notti di plenilunio) la Luna può entrare nel cono d’ombra terrestre e come, in questo caso, si ha un’eclisse lunare, che risulta visibile da tutto l’emisfero notturno della Terra.

Ricordo che il numero massimo di eclissi in un anno è sette, in ragione di 2 eclissi lunari e 5 solari oppure 3 lunari e 4 solari e come questi casi siano abbastanza rari; infatti, di norma, ci sono 2 eclissi solari e 2 lunari per anno. Il numero minimo è 2 per anno (entrambi solari). Non possono mai avere luogo più di 3 eclissi lunari l’anno.
 

Nel suo movimento intorno alla Terra, ogni mese la Luna ha una fase di “Luna Piena” ed una di “Luna Nuova”. La prima (Piena) si ha quando Luna e Sole sono posizionati dalla parte opposta, mentre la seconda (Nuova) quando si trovano dalla stessa parte.

Con un breve ragionamento si può capire che con la Luna Piena si può avere quella che viene chiamata eclissi di Luna, mentre con la Luna Nuova si può avere l’eclissi di Sole:

  Allineamento              Luna                 Possibile Eclissi

Sole/Terra/Luna          Piena                 Eclissi di Luna

Sole/Luna/Terra          Nuova                Eclissi di Sole
 

La distanza tra la Terra e la Luna varia tra 405.500 km e 363.300 km, mentre la lunghezza del cono d’ombra lunare è mediamente di 374.000 km.

Quando la punta del cono d’ombra della Luna si trova in una posizione esterna alla Terra si ha una eclissi di Sole anulare.



 

Vediamo infine alcune peculiarità.

1)    Visti dalla Terra, i diametri angolari di Sole e Luna sono quasi equivalenti

min
max
31' 29"
32' 33"
29' 56"
33' 29"

     e questo permette una quasi perfetta sovrapposizione tra i due.

2)    Per avere una eclissi i tre corpi devono essere allineati. Però il piano su cui orbita la Luna è inclinato rispetto a quello su cui orbita la Terra intorno al Sole. E quindi solo un mese ogni tanto accade che ci siano le condizioni per avere una eclissi.

3)    Quando la Luna è posizionata tra Sole e Terra, quest’ultima illumina la Luna con la propria luce riflessa rendendola grigio cenere; per questo motivo viene chiamata luce cinerea.
 
4)  Durante l’eclissi di Luna, la luce solare che attraversa l'atmosfera terrestre, viene deviata per rifrazione e raggiunge il nostro satellite conferendo ad esso una colorazione mutevole nel corso di una stessa eclissi: essa va dal rosso cupo fino al rosso arancio.
 
 


 



http://en.wikipedia.org/wiki/Eclipse
http://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_eclipse
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_eclipse
http://it.wikipedia.org/wiki/Movimenti_della_Terra
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_solar_eclipses_in_the_21st_century
http://scienz1.blogspot.it/2015/03/selfie-con-leclissi-no-grazie.html