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Il geoid (modello EGM96). Il geoid rappresenta le deviazioni dall'elissoide della terra
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Totti: la gravità di un gesto

17/06/2004 871 views 0 likes
ESA / Space in Member States / Italy

Fin dai tempi di Newton sappiamo che se una mela cade è per effetto della forza di gravità. Ma per approfondire la nostra conoscenza sul campo gravitazionale terrestre, l’ESA sta preparando il satellite GOCE. Che cosa si vuole studiare?

In questi giorni sto leggendo diverso materiale su questa missione ESA, che è incentrata sullo studio della gravità terrestre, e quando ieri ho saputo che Totti aveva sputato a un avversario agli europei che si stanno disputando in Portogallo, ho pensato naturalmente che era un gesto grave.

Ora, con grave in fisica si indicano quei corpi che stanno cadendo proprio sotto l’azione della forza di gravità. La mela di Newton è un grave, da questo punto di vista. Ma anche lo sputo di Totti, oltre che un gesto grave, è un grave.

Ho voluto provare a divertirmi con i numeri, calcolando di quanto Totti avrebbe potuto sbagliare bersaglio solo per effetto della gravità. Se Totti fosse un giocatore della squadra di Kourou, nella Guyana francese, che si trova all’altezza dell’equatore e se la partita, invece che in Portogallo, si fosse giocata nel nord della Norvegia, sotto certe condizioni che dipendono dalla velocità e dall’angolo d’inclinazione e dalla distanza dell’avversario, Totti avrebbe potuto avere la fortuna di sbagliare bersaglio di circa 3 centimetri. E questo è vero solo per effetto della variazione del campo gravitazionale terrestre tra equatore e polo.

GOCE
GOCE

Ma da che cosa dipendono le variazioni del campo gravitazionale terrestre?

L’effetto di cui abbiamo parlato è dovuto al fatto che la Terra ruota intorno al proprio asse. La terrestre ha provocato uno schiacciamento ai poli e un rigonfiamento equatoriale. La Terra dunque non è una sfera: il raggio misurato all’equatore è maggiore di quello misurato ai poli di circa 21 km. Rispetto al valore medio del raggio terrestre, circa 6367 km, è una variazione piccola, ma non ininfluente, come abbiamo visto.

Ma anche se la Terra fosse una sfera, affinché su tutti i punti della superficie terrestre un corpo campione abbia lo stesso peso, è necessario che la stratificazione sia la medesima ovunque. E questo non è: ad esempio in corrispondenza di grandi bacini idrici o petroliferi, la gravità superficiale è minore di quanto non sarebbe se al posto dei giacimenti vi fossero rocce.

In generale, i geologi parlano di geoide terrestre, intendendo con questa espressione quella superficie ideale in tutti i punti della quale un corpo campione, per esempio una mela, ha lo stesso peso. Il geoide non corrisponde banalmente con la superficie terrestre, proprio perché dipende dalla stratificazione, dalla presenza di montagne, dalle maree e per misurazioni molto precise persino dalla presenza di grandi edifici.

Satellite in orbita
Satellite in orbita

Ma non è più importante usare i satelliti per tenere d’occhio altri fenomeni che hanno un effetto pratico sulla nostra vita, come lo scioglimento dei ghiacci?

L’una cosa non esclude l’altra, ed è per questo che l’ESA ha varato il programma Living Planet, che prevede l’utilizzo di una flotta di satelliti nei prossimi anni. Del resto, come altre volte abbiamo avuto modo di discutere, lo studio del clima terrestre è molto complesso, per cui è necessario un approccio scientifico che tenga conto, nel modo più accurato possibile, di tanti effetti diversi, ognuno dei quali può concorrere in modo cruciale alla nostra comprensione del tutto.

Studiando l’irregolarità della superficie solida della Terra, GOCE ne valuterà l’impatto sul clima: in corrispondenza di un rilievo montuoso sul fondale oceanico, infatti, si forma un accumulo di acqua in superficie, per effetto dell’eccesso di attrazione gravitazionale dovuta al rilievo. Analogamente, in corrispondenza di una fossa oceanica, la superficie oceanica presenta un avvallamento.

Tutto questo influisce, per esempio sulla circolazione degli oceani, che sono tra gli attori principali per la determinazione del clima terrestre. È ben noto per esempio che grazie alla Corrente del Golfo, le acque delle coste europee fanno registrare temperature maggiori di circa 4 °C rispetto alle coste americane, a parità di latitudine. La penisola di Dingle, nell’Irlanda meridionale, è celebre per il suo clima temperato, caratterizzato da una flora del tutto atipica a quelle latitudini.

GOCE: Campo di gravità ed esploratore della circolazione dell'oceano
GOCE: Campo di gravità ed esploratore della circolazione dell'oceano

Un satellite è tenuto in orbita dalla forza di gravità, che è proprio l’oggetto dello studio di Goce. Che strumentazione ha a bordo?

Nel caso di Goce, satellite e strumentazione non sono nettamente separati, come invece accade in altri casi: il satellite stesso è uno strumento. Verrà seguito attraverso i satelliti che erogano il GPS, e in questo modo la sua traiettoria sarà tracciata con grande precisione anche dallo spazio: e già questo procurerà una serie di dati rilevanti.

All’interno del satellite poi viene installato un gradiometro, che servirà a rilevare le variazione del campo gravitazione terrestre lungo 3 direzioni, ottenendone una mappatura 3D. è un satellite estremamente complesso anche dal punto di vista matematico, perché i segnali raccolti dovranno essere sottoposti un’attenta analisi che li separa da altri segnali non dovuti alla gravità, ma che sono ineliminabili, dovuti per esempio all’attrito dell’aria alla quota di 250 km, alla quale il satellite si muoverà.

Lo studio del clima è solo una delle applicazioni dello studio del geoide terrestre. Cercando di determinare la stratificazione della litosfera e degli strati più esterni del mantello terrestre, fino a una profondità di circa 200 km, si migliorerà la nostra comprensione dei terremoti, delle eruzioni, ma anche della nascita della montagne e, in generale, della tettonica a zolle, cioè di quei movimenti delle placche superficiali litosferiche che hanno modellato i continenti emersi.

Per fare un esempio: a partire dalla fine dell’ultima glaciazione, i paesi del nord si sono liberati dell’immenso peso di grandi quantità di ghiaccio. Questa diminuzione del carico fa sì che la zolla scandinava risalga di circa 1 cm ogni anno, mentre il Canada del doppio, proprio come delle travi di legno che sono affondate nella litosfera per un peso eccessivo e che ora tornano a galla.

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