Galileo: Terra e Luna [G2140ERT.HTM]

LA TERRA E LA LUNA, IL NOSTRO AMBIENTE FAMILIARE

La Terra e' il terzo pianeta del Sistema Solare, ha un raggio di 6378 km e dista dal Sole 150 milioni di km, distanza che viene indicata col nome di Unita' Astronomica. Come Mercurio e Venere e' composta di rocce e ferro, ma possiede acqua allo stato liquido, un'atmosfera abbastanza densa da proteggere dall'eccesso di radiazioni solari pur permettendo il passaggio della luce e una temperatura superficiale media di 20 gradi centigradi. Queste caratteristiche ne hanno fatto l'unico pianeta del Sistema Solare - per quanto ne sappiamo - su cui si e' sviluppata la vita come noi la conosciamo.
Possiede un solo grosso satellite, la Luna, l'unico corpo extraterrestre su cui l'uomo abbia sinora messo piede.

Chiaro di Terra. Il sorgere della Terra visto dalla Luna (missioni Apollo). (JPEG, 371 K)
(NASA-JPL)

Il raggio della Luna e' di circa di 1700 km, poco piu' di un quarto di quello terrestre. Ma e' meno densa, per cui la sua gravita' superficiale (e dunque anche il peso degli oggetti) e' circa 6 volte inferiore che sulla Terra.

La Luna e' praticamente priva di atmosfera, e la sua superficie ricca di crateri assomiglia molto a quella di Mercurio. Presenta pero' grandi pianure scure, denominate impropriamente 'mari' dai primi cartografi lunari, formate da antichissime colate di basalto. La Luna dista dalla Terra 384.000 km e le volge sempre la stessa faccia, mentre rivolve intorno ad essa in 29 giorni. Ogni suo punto resta quindi illuminato per 14,5 giorni, raggiungendo una temperatura superficiale di 110 gradi, mentre nella lunga notte lunare essa scende fino a -150 gradi. Gli astronauti delle missioni Apollo e le sonde automatiche sovietiche Lunik, hanno riportato a terra circa 400 kg di rocce lunari, che hanno rivelato un'eta' massima di 4,5 miliardi di anni per il nostro satellite.

Vista eccezionale della Luna e della Terra insieme, riprese dalla Galileo in allontanamento nel 1992.(JPEG, 232 K)
(NASA-JPL)

Immagine della Terra ripresa dalla sonda Galileo da una distanza di 2,09 milioni di km. Il Sud America e' visibile al centro. (JPEG, 329 K) (NASA-JPL)

La forma della Terra, come e' noto, non e' perfettamente sferica. La superfice media degli oceani e l'atmosfera si adattano alla forza gravitazionale e alla accelerazione centrifuga assumendo una forma simile a un ellissoide di rotazione, con un raggio equatoriale di 6378 km e uno polare di 6357 km. Una analisi piu attenta dimostra che la forma media degli oceani puo' deviare anche di 100 m rispetto a quella dell'ellissoide di rotazione. Questo e' dovuto alla presenza di concentrazioni (o difetti) di massa all'interno della Terra che creano alterazioni locali della accelerazione di gravita'.

Lo studio della gravita' terrestre, insieme allo studio delle onde sismiche associate ai grandi terremoti, sono le uniche tecniche per ottenere dati quantitativi sulla struttura a larga scala dell'interno della Terra. (JPEG, 391 K)
(NASA-JPL)

Immagine radar del Vesuvio ripresa da bordo dello Shuttle con lo strumento SIR-C/X-SAR, nel 1994. I falsi colori mettono in evidenza le successive colate di lava. (JPEG, 382 K)
(NASA-JPL)

Venezia e la laguna in una immagine radar del satellite europeo ERS elaborata da I-PAF (Italian Processing and Archiving Facility), e ottenuta dalla sovrapposizione di tre successive immagini in rosso, in verde e in blu. (JPEG, 632 K)
(ASI-Matera)

La faccia visibile della Luna. Sono ben evidenti i crateri e i rilievi. (JPEG, 381 K)
(Lick Observatory)

L'emisfero ovest della Luna, che ci rivela gran parte della faccia non visibile da Terra. Immagine della navicella Galileo. (JPEG, 364 K)
(NASA-JPL)

La regione polare della Luna ripresa con una insolita angolatura dalla Galileo. L'immagine rende ben visibile il passaggio tra terreno pianeggiante e zone craterizzate. (JPEG, 417 K)
(NASA-JPL)

La conquista della Luna nel 1969. L'astronauta E. Aldrin esegue un esperimento sul vento solare. (JPEG, 499 K)
(NASA-JPL)

La famosa immagine della prima impronta umana su un corpo extraterrestre, lasciata dall'astronauta Neil Armstrong il 20 luglio 1969. Non essendoci sulla Luna fenomeni atmosferici, solo un bombardamento meteorico potrebbe averla cancellata. (JPEG, 692 K)
(NASA-JPL)

L'astronauta Harrison Schmitt della missione Apollo 17 esplora la superficie della Luna alla ricerca di campioni geologici. La mancanza di un involucro gassoso che diffonda la luce solare lascia il cielo di colore perfettamente nero. (JPEG, 482 K)
(NASA-JPL)

Il GPS (Global Positioning System)

E' sorprendente che, nei tempi antichi, popoli di grande civilta' e cultura astronomica, come ad esempio i Babilonesi, fossero convinti che la Terra fosse piatta. Omero, nel 900-800 avanti Cristo, descrisse la Terra come un disco contornato dal fiume Oceano e sorretto da quattro elefanti. Si ritiene che Pitagora e la sua scuola (circa 500 a.C.) siano stati i primi a ragionare che se la Luna e il Sole sono di forma sferica, cosi' debba essere la Terra.

Eratostene (3. secolo a.C.) fu il primo ad usare un metodo scientifico di misura per determinare il raggio della Terra. Egli osservo' che l'angolo alfa al centro e' proporzionale alla distanza l lungo la circonferenza terrestre. Per misurare alfa Eratostene assunse che i raggi del Sole fossero paralleli e noto' che quando sulla citta' di Siene (la moderna Assuan sul Nilo) il Sole era sulla verticale -cosi' da riflettersi sul fondo di un pozzo-, nella citta' di Alessandria, posta sullo stesso meridiano, sottendeva un angolo alfa uguale all'angolo al centro. La distanza l tra le due citta' era, a detta dei cammellieri, 5000 stadie (1 stadia = 185 m). Da qui un valore della circonferenza terrestre di 46300000 metri, un valore soltanto del 15% errato rispetto alle stime correnti.
(JPEG, 535 K)

I satelliti artificiali sono rivelatori molto sensibili del campo gravitazionale terrestre. Se tutta la massa della Terra fosse concentrata in un punto, e non vi fossero gli effetti perturbativi dell'attrito atmosferico e dell'attrazione della Luna e del Sole, l'orbita di un satellite intorno alla Terra sarebbe rigorosamente una ellisse (Prima Legge di Keplero). L'effetto della non sfericita' della Terra, e della non omogeneita' della distribuzione delle masse al suo interno, determinano precessioni e nutazioni del piano orbitale del satellite molto simili al moto di un giroscopio. Queste perturbazioni orbitali sono ricostruite con grande precisione da una trentina di stazioni dotate di un potente raggio laser.

La distanza istantanea stazione-satellite viene determinata misurando il tempo impiegato da un impulso di luce per percorrere il tragitto stazione-satellite-stazione. Ogni impulso, quando viene trasmesso, contiene circa 1018 fotoni: di questi solo qualcuno riesce a compiere il percorso completo e ad essere rilevato dal sitema ricevente. I tempi di percorrenza del tragitto stazione-satellite-stazione sono di qualche centesimo di secondo e, per essere misurati con la precisione del centimetro, devono essere determinati con incertezze non superiori al millesimo di miliardesimo di secondo.
Con queste precisioni sta diventando possibile osservare perturbazioni orbitali dei satelliti artificiali che sono inspiegabili dalla teoria classica di Galileo e Newton, mentre sembrano compatibili con la Teoria della Relativita' Generale di Albert Einstein. (JPEG, 486 e 351 K)
(Universita' di Padova)

La crosta terrestre e' una pellicola dello spessore medio di 35 km e rappresenta lo strato piu' superficiale del nostro pianeta. Lo spessore della crosta diminuisce a valori inferiori a 10 km in corrispondenza agli oceani, e raddoppia in corrispondenza alle grandi catene montuose (oltre 80 km in Himalaya). La crosta e' suddivisa in placche continentali. Le linee di demarcazione tra due placche continentali e' rappresentata da fratture oceaniche (ad esempio la grande dorsale atlantica) oppure da catene collisionali (ad esempio le Ande, l'Himalaya, le Alpi).

Le placche interagiscono tra di loro: alcune tendono ad allontanarsi, altre ad accavallarsi, altre ancora a strisciare orizzontalmente l'una rispetto all'altra. Lungo le linee di maggiore interazione si e' osservata una accentuata attivita' sismica.
Da alcuni anni i satelliti artificiali sono impiegati per misurare sistematicamente le variazioni di posizioni relative di stazioni satellitari poste presso margini continentali tettonicamente attivi. Se si assume che tali variazioni di posizione relativa in superfice siano proporzionali al tasso di deformazione elastica delle rocce in profondita', e' in linea di principio possibile predirre quando le rocce raggiungeranno un carico compressionale o tensionale oltre il quale si disgregano. Molti terremoti corrispondono al superamento del carico di rottura delle rocce in profondita'. (JPEG, 602 K)
(NOAA)

Oggi i satelliti in orbita dedicati alle osservazioni della Terra sono oltre 50. Immagini ottiche vengono acquisite ad alta quota (36000 km) per scopi meteorologici, e a bassa quota per studi ambientali di dettaglio (morfologia della superfice terrestre e sua evoluzione, stime delle produzioni agricole su scala mondiale, monitoraggio a scopo di difesa). Segnali di navigazione particolarmente precisi vengono irradiati dai 24 satelliti del Global Positioning System (GPS) degli Stati Uniti, in orbita a 20000 km di altezza. I satelliti del GPS forniscono coordinate istantanee e velocita' per utenti marini, terrestri e aerei. (JPEG, 321 K)
(Universita' di Padova)

Le componenti del sistema ricevente GPS (Global Positioning System) sono: un'antenna montata su treppiede coperta da un involucro di plastica, in grado di ricevere segnali da satelliti fino a 15 gradi di elevazione sull'orizzonte; un terminale di acquisizione dati con capacita' di calcolo istantaneo delle coordinate geografiche dell'antenna.

Una applicazione pratica di grande interesse dei satelliti GPS e' rappresentata dalla possibilita' di determinare in tempo reale la posizione di TIR e di furgoni trasporto valori, cosi' da poter conoscere la posizione del veicolo anche in caso di furto. Le aziende di trasporto pubblico di alcune citta, anche italiane, si sono gia' attrezzate per informare i passeggeri in attesa sulla posizione attuale dell'autobus e il tempo previsto di arrivo alla fermata. Ogni autobus e' dotato di apposito ricevitore satellitare GPS.

Molte navi, comprese imbarcazioni da diporto, utilizzano gia' i satelliti GPS per navigazione. Si pensa gia' ad un impiego del GPS per atterraggi strumentali di aerei passeggeri. (JPEG, 262 K)
(Universita' di Padova)

L'Universita' di Padova si pone all'avanguardia per le applicazioni scientifiche e civili del GPS. E' stata la prima in Italia a realizzare gia' nel 1994 una stazione GPS completamente automatica con standard di qualita' e quantita' dei dati settimanalmente verificati e approvati dall'Ente Spaziale Americano NASA. L'antenna e' posta sulla Torretta di Geodesia del Palazzo del Bo'. I dati raccolti vengono giornalmente utilizzati da scienziati di tutto il mondo per il calcolo delle orbite dei satelliti, per il controllo di variazioni della durata del giorno, spesso legate a cause meteorolgiche, per analisi di variazioni di coordinate legate non solo a fenomeni di deriva continentale. ma anche a deformazioni locali.

La stazione GPS di Padova offre supporto ai topografi per la esecuzione di rilievi tecnici di poligonazione, di calcolo di aree e di volume, per la descrizione plano-altimetrica di vaste porzioni del Territorio. (JPEG, 663 K)
(Universita' di Padova)

Il problema della determinazione di precisione delle coordinate del Telescopio Nazionale Galileo alle Isole Canarie e' stato risolto utilizzando un ricevitore GPS. Circa un'ora di acquisizione automatica dati e' stata sufficente per determinare la latitudine, longitudine e quota del TNG con una incertezza di qualche metro. La determinazione delle stesse coordinate usando la classica triangolazione sulle stelle fondamentali ha richiesto ai due ricercatori una notte di duro lavoro, con un risultato circa cinque volte piu' impreciso che con il GPS. (JPEG, 577 K)
(Universita' di Padova)

Il Tethered Satellite System, sistema orbitante a filo.

Il TSS consiste di un satellite sferico (di costruzione italiana) ancorato allo Space Shuttle mediante un sottile cavo conduttore di 2,5 mm di diametro. Con le due missioni del luglio 1992 e del febbraio 1996, e' stata verificata l'interazione del sistema con la ionosfera terrestre per la produzione i energia elettrica e di propulsione nello spazio. Si stanno attualmente portando avanti gli studi per l'applicazione del sistema TSS alla futura Stazione Spaziale Internazionale. Nel 1992 ha volato il primo astronauta italiano, Franco Malerba, che ha preso parte all'esperimento.

Visione artistica del TSS ancorato allo Shuttle. (JPEG, 517 K)
(ASI)

Il satellite presso il Kennedy Space Center. Il TSS ha un diametro di 1,6 m e una massa di 518 kg. (JPEG, 582 K)
(ASI)

Una fase di preparazione del TSS presso l'Alenia Spazio di Torino che per la sua realizzazione ha guidato un gruppo di industrie nazionali tra cui Laben, Proel Tecnologie, Fiar, Carlo Gavazzi, Officine Galileo, BPD Difesa e Spazio, SSI, Piaggio. (JPEG, 655 K)
(ASI)

Il satellite, appena distaccato dal lungo traliccio di rilascio, inizia ad allontanarsi nello spazio. (JPEG, 100 K)
(ASI)

Il TSS e la Luna. Hanno partecipato alla seconda missione gli astronauti italiani Maurizio Cheli e Umberto Guidoni. (JPEG, 146 K)
(ASI)

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