linx_Biologica/Geologica_Scienze biennio scuola secondaria di 2° grado by Sandra Soi

La Terra nell’Universo 1 L’Universo 2 Il Sistema Solare 3 La Terra e la sua Luna

Quanto sono distanti da noi le stelle? ▼

Cerca la risposta a p. 5

PARTE

CAPITOLO

La Terra e la sua Luna

Il sistema Terra

Iniziamo lo studio del nostro pianeta con qualche considerazione preliminare sulla sua collocazione nell’Universo e sulle parti fondamentali che lo costituiscono. Osserviamo la figura 1. Da un lato possiamo dire che (figura 1a): • la Terra è parte del Sistema Solare e subisce l’influenza degli altri corpi celesti che lo costituiscono; • il Sistema Solare, a sua volta, è un componente della Via Lattea, di cui segue le sorti; • la Via Lattea non è altro che una delle tante galassie che formano l’Universo, dalle cui leggi è vincolata. A uno sguardo più ravvicinato (figura 1b), la Terra risulta formata da quattro componenti fondamentali: la geosfera, cioè la parte solida costituita da rocce, l’atmosfera, l’involucro gassoso che la avvolge, l’idrosfera, l’insieme delle acque che la caratterizzano, e la biosfera, l’insieme delle forme di vita che la abitano. Queste quattro “sfere” non sono isolate l’una dall’altra, ma sono in reciproco contatto e si scambiano costantemente materia ed energia. Nessuna potrebbe esistere, o essere così come la conosciamo, senza le altre. Per queste ragioni, il nostro pianeta può essere considerato un sistema. Che cosa significa “sistema”? Un sistema è un gruppo di componenti che interagiscono e formano un insieme complesso le cui caratteristiche non possono essere dedotte semplicemente “sommando” quelle delle sue parti costituenti: il tutto, cioè, è più della somma delle sue parti.

↓ Figura 1 Il sistema Terra è parte di sistemi più grandi (a) ed è formato da sistemi più piccoli (b).

Universo atmosfera

idrosfera Via Lattea

geosfera Sistema Solare

102

Terra

biosfera

3 LA TERRA E LA SUA LUNA

Il nostro pianeta è definito, più precisamente, geosistema o sistema Terra. Il geosistema è l’oggetto di studio delle scienze della Terra, cioè l’insieme di tutte le discipline di ricerca scientifica che permettono di conoscere e comprendere “come è fatto” e “come funziona”. Nello studio del geosistema, le scienze della Terra, come suggerito da queste considerazioni iniziali, si affiancano necessariamente all’astronomia, alla fisica, alla chimica, alla biologia e, non da ultima, alla matematica, il linguaggio comune di tutte le scienze.

La Terra ha una forma tutta sua

Le immagini della figura 2 mostrano una carta geografica, un tunnel ferroviario e un satellite artificiale. Sappiamo quanto sono importanti questi elementi nella nostra vita, per esempio per i trasporti e per le telecomunicazioni, ma che cos’hanno in comune? Per realizzare una carta geografica (indispensabile per localizzare un dato punto sulla superficie terrestre e orientarsi su di essa), un tunnel (o qualunque altra grande opera infrastrutturale, come autostrade, ponti e dighe) o per lanciare nello spazio un satellite e programmarne l’orbita, è necessario conoscere con grande precisione la forma, le dimensioni e il campo gravitazionale della Terra. È evidente, quindi, la fondamentale importanza della geodesia, cioè di quella branca delle scienze della Terra che si occupa di questi temi.

La forma e le dimensioni della Terra Ci sarà sicuramente capitato di vedere un globo terrestre, spesso chiamato “mappamondo”, come quello che mostra la figura 3. Si tratta di una sfera colorata in modo da riprodurre i tratti essenziali della superficie terrestre, come gli oceani e i continenti. La sfera è vincolata in due punti diametralmente opposti che individuano un asse intorno al quale essa può ruotare. L’asse non è verticale, ma è inclinato di un certo angolo. Perché un globo terrestre è realizzato in questo modo? Un globo rappresenta un modello efficace della Terra. Infatti: • il nostro pianeta, come tutti gli altri, compie davvero un moto di rotazione attorno a un asse immaginario, detto asse di rotazione terrestre. Questo passa per il suo centro e ne interseca la superficie in due punti diametralmente opposti detti poli geografici, rispettivamente il Polo Nord e il Polo Sud;

→ Figura 3 Un globo terrestre.

↓ Figura 2 a) carta geografica; b) tunnel ferroviario; c) satellite

artificiale.

Polo Nord

emisfero boreale

Equatore

Polo Sud

emisfero australe

103

• l’asse di rotazione è inclinato di un angolo pari a 23° 27’ rispetto alla verticale perché è questa la sua orientazione rispetto al piano su cui la Terra si sposta nel proprio moto di rivoluzione intorno al Sole. Possiamo, inoltre, individuare l’Equatore, una linea immaginaria, equidistante dai due poli, che divide la Terra in due parti: l’emisfero settentrionale (o boreale), che contiene il Polo Nord, e l’emisfero meridionale (o australe), che contiene il Polo Sud. L’ELLISSOIDE DI ROTAZIONE La Terra ha davvero la forma di una sfera come il globo che la rappresenta? Nonostante questo solido geometrico sia un modello molto pratico, la forma reale della Terra non corrisponde a una sfera. Ruotando su se stessa, infatti, la Terra sviluppa una forza centrifuga, diretta dall’asse di rotazione verso l’esterno, che è massima in corrispondenza dell’Equatore e diminuisce progressivamente avvicinandosi ai poli. Questo ha fatto sì che il nostro pianeta, nel tempo, si sia deformato fino a sviluppare uno schiacciamento in corrispondenza delle zone polari e un rigonfiamento lungo la zona equatoriale. Nella figura 4 possiamo vedere il solido geometrico che ha queste caratteristiche: è l’ellissoide di rotazione, che si ottiene facendo ruotare un’ellisse intorno a uno dei suoi assi di simmetria. Nel caso della Terra, l’asse di rotazione è quello che congiunge i due poli. Come riportato nella tabella 1, il raggio equatoriale della Terra è maggiore del raggio polare. Più precisamente, le dimensioni della Terra sono considerate quelle di un ellissoide di riferimento denominato WGS-84 (World Geodetic System 1984). Su di esso si basano, per esempio, alcuni procedimenti per la realizzazione di carte geografiche e il sistema satellitare di posizionamento globale GPS (Global Positioning System). Alcune misure della Terra riferite all’ellissoide WGS-84 sono riportate nella tabella 1. a = raggio equatoriale b = raggio polare

elissoide a>b

sfera a=b

↑ Figura 4 L’ellissoide di rotazione e il confronto con la sfera.

Use the following terms to complete the sentences. alternation • axis • motions • rotation 1 The two primary of the Earth are and revolution. 2 Rotation is the turning of the Earth around its own , resulting in the

between

day and night.

CLIL

Answer and listen

raggio equatoriale

6378 km

raggio polare

6357 km

circonferenza equatoriale

40 076 km

circonferenza polare

40 009 km

superficie totale

510 100 000 km2

volume

1083,3 miliardi di km3

massa

5,976 x 1024 kg

densità media

5,52 g/cm3

↑ Tabella 1 Le misure della Terra riferite all’ellissoide WGS-84.

IL GEOIDE La Terra, quindi, ha la forma di un ellissoide? Basta guardarci intorno per comprendere che la superficie terrestre è tutt’altro che liscia: essa è costellata di rilievi e di depressioni, occupate per esempio dagli oceani, e i materiali che la costituiscono non sono né omogenei né uniformemente distribuiti. Pur essendo un altro valido modello, pertanto, neanche l’ellissoide di rotazione rappresenta la vera forma della Terra che, di fatto, non è riferibile esattamente a nessun solido geometrico. Gli studi nel campo della geodesia, però, richiedono misurazioni estremamente precise; come fare quindi per superare alcuni errori legati all’impiego dell’ellissoide? Nel XIX secolo il geofisico tedesco Johann Listing (1808-82) propose di considerare la forma della Terra come un solido ideale, all’incirca sferico, la cui superficie è sempre perpendicolare alla direzione del filo a piombo e, quindi, della forza di gravità. Questo solido è denominato geoide. Nella figura 5 possiamo vedere la princi-

104

ENGLISH BREAK

3 LA TERRA E LA SUA LUNA

filo a piombo elissoide

← Figura 5 Confronto tra l’ellissoide e il geoide. Le differenze tra le due superfici e tra la direzione del filo a piombo e il raggio dell’ellissoide sono esagerate per renderle visibili.

geoide continente oceano raggio del’elissoide

pale differenza tra i due solidi che rappresentano la forma della Terra: il geoide tende a sovrastare l’ellissoide in corrispondenza dei continenti, mentre si trova al di sotto in corrispondenza degli oceani. Il dislivello massimo tra le superfici dei due solidi è dell’ordine delle decine di metri.

Per orientarsi sulla superficie terrestre servono punti di riferimento

Indipendentemente dalla forma considerata, sta di fatto che la superficie della Terra non è piana, bensì curva. In che modo questo influenza la nostra visione della superficie terrestre? Esaminiamo la figura 6: immaginiamo di essere in un dato punto della Terra e di guardarci intorno ruotando completamente su noi stessi. Anzitutto vedremmo, in lontananza, una linea continua lungo cui la superficie terrestre sembra congiungersi con il cielo: è ciò che chiamiamo orizzonte. Poi noteremmo che l’orizzonte ha la forma di una circonferenza (salvo eventuali ostacoli che limitano la visuale), pertanto ciò che riusciremmo a vedere del nostro pianeta è una superficie con forma simile a un cerchio di cui noi occupiamo il centro. Il problema è che avremmo questa stessa visione da qualsiasi punto della Terra. Come facciamo, quindi, a capire da che parte stiamo guardando e in che direzione ci stiamo eventualmente muovendo? Vale a dire, come facciamo a orientarci? A questo scopo ci occorrono dei punti di riferimento, cioè degli elementi del paesag-

PREPARATI ALLA VERIFICA Rivedi i concetti principali dei paragrafi 1 e 2 rispondendo alle seguenti domande. 1 Di quali sistemi fa parte il sistema Terra e quali sistemi include a sua volta? (Suggerimento: rivedi la figura 1.) 2 Che cosa rappresentano il Polo Sud e il Polo Nord? (Suggerimento: rivedi la figura 3.) 3 Quale solido si avvicina maggiormente alla forma reale della Terra?

← Figura 6 La superficie circolare visibile da un osservatore è delimitata dall’orizzonte. osservatore

105

Scienza per curiosi Quanto è lontano l’orizzonte? È noto che salendo su una torre, su un alto palazzo o sulla vetta di una montagna riusciamo a scrutare un territorio molto più esteso di quello visibile stando, rispettivamente, a livello del terreno o in pianura. La distanza tra noi e l’orizzonte, quindi, dipende dall’altezza del punto di osservazione rispetto alla superficie terrestre. Conoscendo l’altezza (h, in metri), questa distanza (d, in kilometri) si può calcolare approssimativamente mediante la seguente formula matematica: d = 3,57 ∙ h .

gio facilmente individuabili e riconoscibili. Ciò è relativamente semplice se ci troviamo in un ambiente familiare, nel quale sappiamo dove si collocano i “nostri” punti di riferimento (per esempio, un campanile o la vetta di una montagna), ma diviene più complesso immaginando di trovarci in un ambiente vasto, uniforme e sconosciuto, per esempio su una barca in mezzo al mare da cui non si riesce a vedere la costa e senza avere strumenti elettronici (del resto, Cristoforo Colombo non aveva certo un navigatore satellitare nel viaggio che lo condusse in America!). A tal fine occorre trovare dei punti di riferimento che siano esterni al nostro pianeta e che quindi possano essere impiegati da qualunque punto della Terra. Vediamo i principali. OSSERVA IL CIELO

Orientarsi con il Sole Il punto di riferimento più importante è sicuramente il Sole, quando è visibile. Grazie alla posizione del Sole nel cielo ci si può orientare stabilendo le direzioni dei quattro punti cardinali, come mostra la figura 7: nell’emisfero settentrionale e alle medie latitudini, se si rivolge lo sguardo verso il Sole a mezzogiorno (dell’ora solare) si ottiene la direzione sud (o meridione), dietro di noi si troverà il nord (o settentrione), a sinistra l’est (o oriente) e a destra l’ovest (o occidente). Nell’emisfero meridionale, invece, la posizione del Sole a mezzogiorno indica il nord. Alle basse latitudini, il Sole si troverà a sud o a nord a seconda della stagione, mentre alle alte latitudini questo metodo funziona solo quando il Sole si trova sopra l’orizzonte. Come mostra la figura 8, oltre ai quattro punti cardinali, che individuano due direzioni perpendicolari tra loro, si possono individuare altri 12 punti intermedi che definiscono altre direzioni principali.

N mezzogiorno

alba

NNO

NNE

tramonto ONO

ENE

E OSO

O N

↑ Figura 7 Rivolgendo lo sguardo verso il Sole (senza guardarlo direttamente!) a mezzogiorno e allargando le braccia possiamo facilmente individuare i quattro punti cardinali. 106

ESE

SSO

SSE

S ↑ Figura 8 Le direzioni principali definite sulla base dei quattro punti cardinali.

3 LA TERRA E LA SUA LUNA

OSSERVA IL CIELO

Orientarsi con le stelle Durante la notte, quando il Sole non è visibile, i punti di riferimento più importanti sono costituiti dalle stelle. Osserviamo la figura 9a: una delle costellazioni più facili da individuare nell’emisfero settentrionale è il Grande Carro. Se con lo sguardo prolunghiamo per cinque volte la distanza delle due stelle all’estremità posteriore del “carro”, raggiungiamo una stella chiamata Stella Polare. La Stella Polare indica il nord perché si trova quasi in corrispondenza del prolungamento dell’asse terrestre nello spazio. Nel corso della notte, questa stella apparirà fissa nel cielo mentre tutte le altre sembreranno ruotarvi intorno. Nell’emisfero meridionale la Stella Polare non è visibile ed è sostituita dalla piccola costellazione della Croce del Sud (figura 9b) che indica, appunto, il sud.

Croce del Sud

Stella Polare 5 4 3 2

Grande Carro 1

NORD

b OVEST

EST

← Figura 9 a) Individuazione della Stella Polare, e quindi del nord, rispetto al Grande Carro. Questa costellazione è raffigurata in tre posizioni diverse perché la sua ubicazione e orientazione nel cielo variano sia nel corso della notte sia nel corso dell’anno. ↑ b) La quattro stelle della Croce del Sud sono disposte a formare, appunto, una croce che indica il sud.

Orientarsi con la bussola Come orientarsi se, per esempio, il cielo è coperto e non sono visibili né il Sole né le stelle? Guardiamo la figura 10: probabilmente tutti abbiamo visto una bussola. Questo antico strumento è costituito da un ago magnetizzato libero di ruotare orizzontalmente attorno a un perno. Esso serve per determinare la propria posizione rispetto al nord e quindi per orientarsi anche quando non abbiamo altri punti di riferimento. La bussola sfrutta il campo magnetico terrestre. La Terra, infatti, si comporta come un enorme magnete e l’ago della bussola rivolge la sua punta verso il polo nord magnetico.

→ Figura 10 Una bussola. 107

Come mostra la figura 11, però, i poli magnetici non coincidono con i poli geografici e, inoltre, non sono fissi ma si spostano di diversi kilometri ogni anno. La bussola, quindi, fornisce una direzione che generalmente non è corretta e per correggerla occorre calcolare, consultando apposite carte, la declinazione magnetica, cioè l’angolo compreso tra la direzione del polo nord magnetico e la direzione del Polo Nord geografico. La declinazione magnetica può essere orientale se l’ago punta più a est rispetto al Polo Nord, occidentale se l’ago punta più a ovest, oppure nulla (→ ALLENA LE COMPETENZE).

ANALIZZARE E INTERPRETARE

Osserva la figura 11: in quali condizioni la declinazione magnetica è nulla? Impiegando una bussola in Italia, si osserverà una declinazione orientale o occidentale?

polo nord magnetico

Polo Nord geografico

declinazione orientale

declinazione occidentale

declinazione nulla

ALLENA LE COMPETENZE

← Figura 11 La bussola indica la direzione del polo nord magnetico. Attualmente, il polo nord magnetico si trova nel Mar Glaciale Artico al largo del Canada, ma si sta spostando verso la Siberia.

Le coordinate geografiche definiscono la posizione di un punto sulla superficie terrestre

Per quanto sia importante orientarsi sulla superficie terrestre, questo non è sufficiente per riuscire a stabilire con precisione e in modo univoco la posizione di un qualsiasi punto. Per fare ciò occorre un sistema di riferimento più dettagliato. Guardiamo la figura 12: il display del ricevitore GPS che abbiamo in mano indica che la nostra posizione è 43° 48’ 12’’ N e 87° 35’ 24’’ E. Si tratta di due misure angolari associate a una lettera, ma che cosa significano questi valori? Dove ci troviamo esattamente? Per capire il senso, e l’utilità, di questi codici dobbiamo descrivere il reticolato geografico, cioè il sistema di riferimento da cui si ricavano le coordinate geografiche.

Il reticolato geografico Esaminiamo la figura 13a: consideriamo la Terra come una sfera e immaginiamo di tagliarla con una serie di piani paralleli al piano dell’Equatore, procedendo in direzione dei poli nord e sud. L’intersezione tra questi piani e la superficie terrestre crea un insieme di circonferenze che hanno il centro sull’asse di rotazione e un raggio che diminuisce avvicinandosi ai poli, fino a ridursi a un punto. Queste circonferenze immaginarie sono chiamate paralleli. I paralleli tracciabili sono infiniti, ma generalmente si rappresentano solo quelli separati l’uno dall’altro da una distanza angolare di un grado, considerando angoli con vertice al centro della Terra. Essi, pertanto, sono 180, numerati da 1 a 90 nord e da 1 a 90 sud a partire dall’Equatore, considerato come parallelo di riferimento. Esaminiamo ora la figura 13b: immaginiamo di tagliare la Terra con un insieme di piani passanti per l’asse di rotazione. L’intersezione tra questi piani e la superficie terrestre crea una serie di circonferenze. I meridiani sono le semicirconferenze che

108

↑ Figura 12 Ricevitore GPS portatile che indica la posizione in cui si trova.

3 LA TERRA E LA SUA LUNA

Polo Nord Polo Nord

Polo Nord

antimeridiano

meridiano

parallelo

90°

meridiano di Greenwich

60° 45°

nord 75° 60°

sud

ovest

30° 45°

est

15° 30°

15°

0° 15°

30°

45°

75° 60°

15°

Equatore

↑ Figura 13 L’intreccio dei paralleli (a) e dei meridiani (b) crea il reticolato geografico (c).

30° 45°

ALLENA LE COMPETENZE

congiungono i due poli e per ognuno di essi esiste un antimeridiano, cioè l’altra metà della circonferenza. I meridiani tracciabili sono anch’essi infiniti, ma generalmente si rappresentano solo quelli separati l’uno dall’altro da una distanza angolare di un grado, considerando angoli con vertice sull’asse terrestre. Essi pertanto sono 360, numerati da 1 a 180 est e da 1 a 180 ovest a partire da un meridiano di riferimento scelto per convenzione: il meridiano di Greenwich, passante per un famoso osservatorio astronomico nell’omonima località nei pressi di Londra. Come possiamo vedere nella figura 13c, l’intreccio dei paralleli e dei meridiani forma il reticolato geografico, le cui maglie suddividono l’intera superficie terrestre in un mosaico di figure geometriche (→ ALLENA LE COMPETENZE).

ANALIZZARE E INTERPRETARE

Le maglie del reticolato geografico hanno forma di trapezi sferici (cioè disegnati su una superficie sferica), eccetto quelle intorno ai poli che hanno forma di triangoli sferici. Qual è l’ampiezza dell’angolo formato dall’intersezione tra paralleli e meridiani?

Latitudine e longitudine In che modo il reticolato geografico permette di localizzare un punto sulla superficie terrestre? Nella figura 14 possiamo vedere la posizione del punto P in cui si trova il ricevitore GPS della figura 12. Per questo punto passano un unico parallelo, indicato con 43° 48’ 12’’ N, e un unico meridiano, indicato con 87° 35’ 24’’ E. Rispetto al reticolato geografico, quindi, ogni punto occupa una posizione univoca definita da una coppia di coordinate geografiche: la latitudine, riferita al sistema di paralleli, e la longitudine, riferita al sistema di meridiani. • La latitudine è la distanza angolare, espressa in gradi, primi e secondi, tra il paral- ↓ Figura 14 a) La latitudine di un lelo passante per un dato punto e l’Equatore, che ha per definizione latitudine 0°. punto P è l’ampiezza dell’angolo λ (lambda), con vertice al centro Allontanandosi dall’Equatore, la latitudine aumenta fino ad arrivare ai due poli, che della Terra. b) La longitudine di un hanno latitudine 90°. La latitudine, quindi, può avere un valore compreso tra 0° e 90° punto P è l’ampiezza dell’angolo φ (fi) con vertice sull’asse terrestre. nord (N) oppure tra 0° e 90° sud (S). • La longitudine è la distanza angolare tra il meridiano pasparallelo Polo Nord Polo Nord parallelo sante per quel punto e il medi P di P meridiano meridiano 43° 48' 12" N ridiano di Greenwich, che ha di P di P 87° 35' 24" E per definizione longitudine 0°. φ Allontanandosi da questo meP P ridiano fondamentale, la longitudine aumenta fino ad arri0° λ vare a 180° sull’antimeridiano di Greenwich. La longitudine, dunque può avere un valore compreso tra 0° e 180° est (E) 0° oppure tra 0° e 180° ovest (O). Equatore

meridiano di Greenwich

109

OSSERVA IL PAESAGGIO

Le eclissi Tra i fenomeni astronomici più singolari e in grado di stimolare la curiosità, vi sono le eclissi. Che cos’è un’eclisse? Vediamo qualche esempio: nella figura 34a il disco solare è parzialmente coperto da un altro disco scuro; la figura 34b mostra il Sole che appare come un anello sfrangiato molto luminoso che circonda un cerchio nero; nella figura 34c, invece, vediamo una sequenza di fotografie scattate in una fase di luna piena, durante la quale la Luna attraversa un disco scuro che, a un certo punto, la fa apparire rossastra. Queste immagini mostrano che il Sole e la Luna possono essere temporaneamente “eclissati”, cioè oscurati, da qualcosa. Un’eclisse, infatti, è l’oscuramento, totale o parziale, di un corpo celeste da parte di un altro corpo celeste che vi transita davanti. Come si spiega il fenomeno delle eclissi? Per rispondere, dobbiamo fare una distinzione tra eclissi di Sole e di Luna, e tra eclissi totali e parziali.

ALLENA LE COMPETENZE ANALIZZARE E INTERPRETARE

Un osservatore che si trovi all’esterno della zona di penombra durante un’eclisse di Sole si accorgerà del fenomeno? Motiva la risposta.

← Figura 34 a) Eclisse parziale

di Sole. b) Eclisse totale di Sole. c) Eclisse di Luna.

LE ECLISSI DI SOLE Analizziamo la figura 35a: quando la Luna è in congiunzione, cioè si trova tra la Terra e il Sole ed è nella fase di luna nuova, transita davanti al Sole e proietta la sua ombra sulla Terra. Sulla superficie terrestre si crea, così, un’area cirFigura 35 a) Eclisse di Sole. colare di ombra con diametro massimo di circa 200 km, delimitata da un’altra area b) Eclisse di Luna. circolare di penombra con diametro di qualche migliaio di kilometri. luce solare cono d’ombra Gli osservatori situati nella piccola Luna zona d’ombra vedono un’eclisse toTerra tale di Sole, con la Luna che ricopre Sole progressivamente il Sole fino a mascherarlo del tutto per alcuni minuti, zona di durante i quali resta visibile solo la orbita penombra tragitto della Luna bianca e brillante atmosfera solare, dell’eclisse totale di Sole come mostra la figura 34b. Gli ossera vatori situati nella zona di penombra, cono d’ombra della Terra invece, vedono solo un’eclisse parluce solare ziale di Sole, come nella figura 34a. La combinazione tra la rivoluzione Luna lunare e la rotazione terrestre fa sì Terra Sole che l’ombra e la penombra della Luna si spostino sulla superficie terrestre descrivendo un tragitto diretto all’inorbita della Luna circa da ovest verso est (→ ALLENA LE COMPETENZE). b zona di penombra

110

3 LA TERRA E LA SUA LUNA

LE ECLISSI DI LUNA Analizziamo la figura 35b: quando la Luna è in opposizione, cioè si trova dall’altra parte della Terra rispetto al Sole ed è nella fase di luna piena, attraversa il cono d’ombra e la zona di penombra proiettati dalla Terra. Gli osservatori dell’emisfero terrestre rivolto verso la Luna vedono un’eclisse totale di Luna, durante la quale l’ombra circolare della Terra ricopre lentamente la Luna, come nella figura 34c. Quando la sovrapposizione è completa, la Luna resta comunque visibile come un disco rossastro perché l’atmosfera terrestre devia parte dei raggi solari permettendo una debole illuminazione del cono d’ombra della Terra. Se la Luna non entra completamente nel cono d’ombra terrestre, si ha un’eclisse parziale di Luna. LA FREQUENZA DELLE ECLISSI Riguardando la figura 32, si potrebbe pensare che le eclissi si succedano regolarmente ogni mese sinodico, e invece si tratta di un fenomeno piuttosto raro. Ogni anno, infatti, possono verificarsi fino a un massimo di sette eclissi, ma in genere se ne osservano quattro: due di Luna e due di Sole. Perché le eclissi sono così rare? Se l’orbita della Luna giacesse sullo stesso piano di quella della Terra, ogni rivoluzione lunare sarebbe accompagnata da entrambi i fenomeni. Osserviamo, invece, la figura 36: come abbiamo già visto, i piani delle due orbite formano un angolo di 5° 9’, pertanto, durante la maggior parte dei noviluni il cono d’ombra della Luna non viene proiettato sulla Terra, ma vi passa sopra o sotto; analogamente, durante la maggior parte dei pleniluni il cono d’ombra della Terra non viene proiettato sulla Luna. Un’eclisse, quindi, può verificarsi solo quando la Luna, durante la sua rivoluzione, si trova in prossimità dei nodi, cioè i punti di intersezione tra l’orbita terrestre e quella lunare. orbita della Terra

favorevole all’eclisse

Sole

Terra

Luna

PREPARATI ALLA VERIFICA Rivedi i concetti principali del paragrafo 6 rispondendo alle seguenti domande. 1 Quali sono le principali strutture geologiche che si possono osservare sulla superficie lunare? 2 Che cosa si intende per congiunzione, opposizione e quadratura della Luna?

← Figura 36 Configurazioni astronomiche favorevoli e sfavorevoli alle eclissi.

sfavorevole all’eclisse

sfavorevole all’eclisse favorevole all’eclisse

Scoprire l’Italia

LA TORRE DELL’OROLOGIO A VENEZIA Viaggiando tra le città d’arte italiane (ma non solo), vi sono famosi edifici storici in cui si possono osservare i cosiddetti orologi astronomici, che documentano come l’interesse per l’astronomia abbia da sempre attratto gli esseri umani. Gli orologi astronomici sono particolari strumenti che non indicano soltanto l’ora ma forniscono anche diverse informazioni astronomiche. Tra questi segnaliamo lo strumento posto sulla Torre dell’orologio, edificio costruito alla fine del XV secolo a Venezia, nella famosa piazza San Marco. Al centro troviamo la Terra in un cerchio stellato e con la Luna. Intorno vi sono 12 settori con i simboli dei segni zodiacali, i nomi dei mesi e i numeri dei giorni. All’esterno troviamo 24 settori corrispondenti alle ore del giorno (indicate in numeri romani). Con complessi meccanismi a ingranaggi, l’orologio segnala l’ora, il giorno, il mese, la posizione del Sole tra le costellazioni dello Zodiaco e le fasi lunari: un vero capolavoro rinascimentale.

111

Scienza per curiosi Ora solare e ora legale Sappiamo che nel corso dell’anno dobbiamo alternativamente spostare le lancette dei nostri orologi indietro di un’ora e avanti di un’ora, passando così dall’ora solare (o meglio ora civile, durante i mesi invernali) all’ora legale (durante i mesi estivi) e viceversa. Questa convenzione, adottata da molti paesi, permette di sfruttare al meglio le ore di luce durante gli orari di lavoro, riducendo così i consumi di energia elettrica. In Italia, per esempio, l’ora legale entra in vigore verso la fine di marzo, mentre l’ora solare viene ripristinata verso la fine di ottobre.

L’ANNO SOLARE E L’ANNO CIVILE Come abbiamo visto, il moto di rivoluzione della Terra ha una durata di 365 giorni 6 ore 9 minuti e 10 secondi (anno siderale). Tuttavia, l’intervallo che intercorre tra due solstizi o due equinozi dello stesso tipo è di 365 giorni 5 ore 48 minuti e 46 secondi, un tempo, detto anno solare, che dura circa 20 minuti in meno per effetto di altri fenomeni astronomici. Poiché nessuna delle due misure è costituita da un numero intero di giorni, è stato convenzionalmente adottato l’anno civile, costituito da 365 giorni, intercalato ogni quattro anni da un anno bisestile che, con un giorno in più (il 29 febbraio), consente di recuperare le circa 6 ore “perse” in ognuno dei quattro anni.

6 OSSERVA IL CIELO

La Luna è il satellite della Terra

PREPARATI ALLA VERIFICA Rivedi i concetti principali del paragrafo 5 rispondendo alle seguenti domande. 1 Che differenza c’è tra giorno siderale e giorno solare? 2 Qual è la principale conseguenza del moto di rivoluzione della Terra? 3 Che cos’è il circolo di illuminazione?

Presenza abituale nel cielo notturno, ma anche in quello diurno (figura 25), la Luna ci ha affascinato così tanto, fin dall’antichità, da indurci a realizzare missioni spaziali per raggiungerla. La prima sonda a spingersi fino alla Luna, con l’obiettivo di precipitare sulla sua superficie, fu Lunik 2, lanciata dalla ex Unione Sovietica il 12 settembre 1959, cui seguì la sonda Lunik 9, che il 3 febbraio 1966 effettuò il primo allunaggio. Fu, però, il 20 luglio 1969 che gli astronauti statunitensi della missione Apollo 11 misero piede sul suolo lunare, eseguirono rilievi, scattarono fotografie, prelevarono campioni di rocce, installarono strumenti e poi rientrarono sulla Terra. Perché fu scelta proprio la Luna come prima meta dell’esplorazione spaziale? Al di là delle ragioni scientifiche e, soprattutto, politiche legate al periodo storico, il motivo è piuttosto semplice: la Luna è l’unico satellite naturale della Terra, attorno alla quale orbita a una distanza media di 384 000 km. Dal punto di vista astronomico, quindi, la Luna è davvero vicinissima e, al momento, resta il solo corpo celeste raggiungibile da una missione con equipaggio.

← Figura 25 La Luna nel cielo

diurno.

112

3 LA TERRA E LA SUA LUNA

Le caratteristiche della Luna e della sua superficie Esaminiamo la figura 26 che mostra una fotografia scattata durante la missione Apollo 11: la superficie lunare appare grigia e uniforme, l’orizzonte è piuttosto lontano e rettilineo, il cielo è completamente nero e l’astronauta indossa un’ingombrante tuta spaziale che lo protegge dalle pericolose radiazioni cosmiche (come i raggi ultravioletti), dalle variazioni di temperatura, compresa tra circa –170 °C all’ombra e +130 °C al sole, e dal vuoto che lo circonda. Inoltre, se ci è capitato di vedere un filmato di astronauti sulla Luna, avremo notato il loro incedere a balzi, come se fossero piuttosto leggeri: eppure la loro tuta spaziale pesa (sulla Terra) un centinaio di kilogrammi! Quali informazioni possiamo ricavare da queste descrizioni? Anzitutto, la Luna è un corpo celeste piuttosto grande: infatti, ha un diametro di 3475 km, cioè circa un quarto di quello terrestre. In secondo luogo, l’attrazione gravitazionale della Luna è ridotta, pari a circa un sesto di quella terrestre, ecco perché una tuta spaziale che sulla Terra pesa 100 kg, sulla Luna pesa solo 16,7 kg. Infine, sulla Luna non c’è atmosfera, per cui non c’è pressione atmosferica, non c’è ossigeno per respirare, non ci sono fenomeni che limitano le variazioni della temperatura e, mancando l’effetto “cielo azzurro” prodotto dall’aria, si rivela il nero dello spazio cosmico. A causa dell’assenza di un’atmosfera, mancano anche gli agenti atmosferici che, sulla Terra, modellano continuamente il paesaggio. Sulla Luna, inoltre, non agiscono forze tettoniche e, di conseguenza, non vi sono né terremoti né eruzioni vulcaniche. Si tratta, quindi, di un corpo celeste geologicamente inattivo. Nella figura 27a, tuttavia, possiamo notare che la superficie lunare è tutt’altro che uniforme. Si distinguono aree più scure e aree più chiare che sono visibili perfino a occhio nudo, nelle notti di cielo limpido. Nell’immagine ravvicinata della figura 27b, invece, vediamo anche la presenza di numerosi avvallamenti circolari. Questi tre elementi rappresentano le principali strutture della superficie lunare: i continenti, i mari e i crateri.

↑ Figura 26 L’astronauta Neil Armstrong, il primo uomo sulla Luna durante la missione statunitense Apollo 11. Sulla sinistra si intravede il LEM (Lunar Excursion Module), il modulo progettato per l’allunaggio.

437 km

←↑ Figura 27 a) La Luna fotografata dalla sonda spaziale statunitense Galileo nel 1992. b) Crateri sulla superficie lunare. L’orlo più grande è quello del cratere Korolev, che ha un diametro di 437 km; al suo interno se ne riconoscono numerosi altri più piccoli. 113

UNA MANO ALL’AMBIENTE

Spazzatura ovunque, perfino nello spazio! Il problema della produzione e dello smaltimento dei rifiuti, si sa, è uno dei più gravi che accompagna e affligge le nostre società del benessere e del progresso. Meno noto, invece, è come anche lo spazio sia diventato una sorta di discarica di rifiuti, tanto da rendere sempre più necessario studiare la “spazzatura spaziale” al fine di evitare incidenti e danni ai satelliti artificiali, ai telescopi spaziali e alle navicelle in orbita intorno alla Terra, ma anche a noi che viviamo sulla sua superficie.

Una discarica spaziale

Fin dalla prima conquista dello spazio, avvenuta con il lancio del satellite artificiale sovietico Sputnik nel 1957, tutte le missioni spaziali hanno contribuito a disperdere intorno alla Terra ogni sorta di rifiuti: parti dei razzi impiegati per raggiungere lo spazio, materiali espulsi dai motori dei razzi, satelliti in disuso, frammenti di satelliti andati distrutti, attrezzature perse per errore dagli astronauti durante le “passeggiate spaziali” (come guanti, pinze e macchine fotografiche!) e immondizia prodotta dai cosmonauti russi, che per 15 anni hanno vissuto a bordo della stazione spaziale Mir. È così che intorno alla Terra si è accumulata un’immensa quantità di rifiuti (o detriti) spaziali. Finora ne sono stati individuati e catalogati circa 13 000 con dimensioni che vanno da quelle di una palla da tennis a quelle di un camion. Questi oggetti orbitano intorno al nostro pianeta perlopiù ad altitudini di alcune centinaia di kilometri e sono costantemente monitorati mediante radar e telescopi. A questi, si aggiungono almeno altri 100 000 corpi grandi come monete e decine di milioni di particelle ancora più piccole.

I rifiuti spaziali sono pericolosi

Oltre ad aver trasformato anche il cosmo in una grande discarica, i rifiuti spaziali rappresentano un grosso problema per almeno due ragioni. Anzitutto, questi oggetti viaggiano a velocità che possono superare i 30 000 km/h, sufficienti affinché anche una particella minuscola possa danneggiare la più resistente delle navicelle o distruggere il più tecnologico dei satelliti. Particolarmente esposti a

114

questo rischio sono gli astronauti che operano all’esterno delle navette, anche se le loro tute spaziali sono progettate per limitare al minimo i danni di questo tipo di incidenti. In secondo luogo, con il passare degli anni, i rifiuti spaziali in orbita tendono lentamente a perdere quota, attratti dalla gravità terrestre, finché a un certo punto iniziano a precipitare verso la superficie. Fortunatamente, la maggior parte di essi è così piccola da disintegrarsi completamente per attrito con l’atmosfera, un po’ come succede per le meteore, ma per quelli più grandi il rischio di impatto esiste e, se oggetti del genere cadessero in un centro abitato, i danni potrebbero essere ingenti.

↑ Navetta spaziale statunitense Space Shuttle Atlantis fotografata dalla Stazione Spaziale Internazionale nel 2011.

↓ Modello della distribuzione dei principali rifiuti spaziali (puntini bianchi) elaborato dalla NASA.

3 LA TERRA E LA SUA LUNA

← Danno prodotto dall’impatto di un piccolo detrito spaziale sulla navetta statunitense Space Shuttle Endeavour nel 2007.

CHE COSA POSSIAMO FARE ← Componente

del razzo statunitense Delta II precipitato vicino a Georgetown, in Texas, nel 1997.

Fatti e opinioni SLALOM TRA I DETRITI SPAZIALI E COLLISIONI COSMICHE

Per quanto vasto, lo spazio intorno alla Terra si dimostra essere un posto piuttosto affollato, tanto da mettere in pericolo basi spaziali, astronauti e satelliti. COLLABORARE E COMUNICARE La Stazione Spaziale Internazionale (ISS – International Space Station) è equipaggiata con particolari protezioni per limitare al minimo le conseguenze di una collisione con un oggetto alla deriva nello spazio. Ciononostante, più volte si è dovuti ricorrere a manovre di emergenza per evitare il peggio. Cerca informazioni in Internet e, insieme a un gruppo di compagni, realizza una presentazione che illustri gli eventi accaduti. RIFLETTERE E IPOTIZZARE Nella nostra società, il ruolo dei satelliti artificiali ormai è diventato fondamentale, anche nella vita quotidiana. Tuttavia, in passato è capitato che un satellite andasse distrutto a causa dell’impatto con un detrito spaziale. È il caso, per esempio, del satellite statunitense Iridium 33 e di quello russo BLITS. Rifletti e ricerca informazioni sui molteplici impieghi

Da semplici cittadini non possiamo certo fare qualcosa per risolvere il problema della spazzatura cosmica. Le agenzie spaziali di tutto il mondo, però, stanno elaborando progetti per evitare incidenti agli astronauti e a tutti i veicoli e alle apparecchiature in orbita. I problemi, tuttavia, sono molteplici. Le eventuali missioni spaziali avrebbero costi altissimi. Inoltre, la maggior parte dei progetti proposti non prevede di riportare i detriti spaziali “sani e salvi” sulla Terra, bensì di farli entrare nell’atmosfera dove, precipitando, si disintegrerebbero per attrito. Le particelle prodotte si disperderebbero nell’atmosfera e qualche frammento sarebbe destinato a non distruggersi completamente ma a cadere sulla superficie terrestre, probabilmente nell’oceano.

1 Sistemi per deviare i detriti spaziali Per evitare che un detrito spaziale colpisca una delle nostre apparecchiature cosmiche, generando così molti altri detriti, si potrebbe usare un raggio laser potentissimo in grado di deviarne la traiettoria. 2 Sistemi per frenare i detriti spaziali Alcuni progetti prevedono di rallentare i detriti spaziali in modo da anticipare la loro caduta e distruzione nell’atmosfera. Per esempio, si potrebbe agganciare una sorta di grosso pallone ai detriti più grandi, oppure si

potrebbe cospargere la loro traiettoria con acqua o con polveri di tungsteno.

3 Sistemi per catturare i detriti spaziali Si stanno progettando speciali navicelle spaziali che sarebbero in grado, con bracci meccanici, reti o sistemi elettromagnetici, di afferrare i rifiuti spaziali. 4 Sistemi per riciclare i detriti spaziali Altri progetti, infine, prevedono di inviare nello spazio piccoli satelliti incompleti in grado di agganciarsi a quelli in disuso e di riutilizzarne alcune parti per completarsi. 115

Il sistema Terra

2 La Terra ha una forma tutta sua

3 Per orientarsi sulla superficie terrestre servono punti di riferimento

4 Le coordinate geografiche

definiscono la posizione di un punto sulla superficie terrestre

5 I moti principali della Terra

definiscono i giorni, gli anni e le stagioni

6 La Luna è il satellite della Terra

7 I moti della Luna danno origine alle fasi lunari e alle eclissi

DIDAT

SINTESI DEL CAPITOLO

SI V A LU

C A I NC TI

TUTOR

Audioripasso link.pearson.it/9A36C807

La TERRA è un sistema, detto geosistema, costituito da quattro componenti, la GEOSFERA, l’ATMOSFERA, l’IDROSFERA e la BIOSFERA. Le scienze della Terra si occupano dello studio del geosistema.

La Terra ha una forma simile a un ellissoide di rotazione. Essa ruota attorno al proprio ASSE DI ROTAZIONE che passa per il POLO NORD e il POLO SUD. L’EQUATORE divide la Terra in due emisferi: boreale e australe. Più precisamente, la forma della Terra è detta geoide, un solido la cui superficie è perpendicolare alla direzione della gravità. Per orientarsi sulla superficie terrestre ci si basa sui PUNTI CARDINALI: nord, sud, est e ovest. Questi si possono individuare grazie alla posizione del Sole o delle stelle, oppure utilizzando una bussola. Il RETICOLATO GEOGRAFICO, costituito da PARALLELI e MERIDIANI, permette di stabilire la posizione di un punto sulla superficie terrestre grazie alle coordinate geografiche: latitudine e longitudine. La latitudine è la distanza angolare tra il parallelo passante per un dato punto e l’Equatore. La longitudine è la distanza angolare tra il meridiano passante per un dato punto e il meridiano di Greenwich. La Terra compie un MOTO DI ROTAZIONE intorno al proprio asse, da ovest verso est, in un giorno siderale. La conseguenza più importante della rotazione terrestre è l’ALTERNARSI DEL DÌ E DELLA NOTTE. Inoltre, essa produce l’effetto Coriolis e determina il movimento apparente delle stelle. La Terra compie anche un MOTO DI RIVOLUZIONE intorno al Sole lungo un’orbita ellittica percorsa in un anno siderale. La conseguenza più importante della rivoluzione terrestre è l’ALTERNARSI DELLE STAGIONI ASTRONOMICHE, scandite dal succedersi di equinozi e solstizi. I moti di rotazione e di rivoluzione della Terra sono alla base della misura del tempo. Il giorno solare, compreso tra due culminazioni successive del Sole, dura in media 24 ore. La superficie terrestre è stata suddivisa in 24 fusi orari, all’interno dei quali vige il tempo civile riferito al tempo coordinato universale (UTC) del meridiano di Greenwich. Sull’antimeridiano di Greenwich si trova la linea del cambiamento di data. L’anno civile è una convenzione che permette di avere un anno formato da un numero intero di giorni.

La LUNA è il satellite naturale della Terra. È priva di atmosfera e di attività geologica. La superficie della Luna è costituita da continenti e mari, è ricoperta da regolite lunare ed è costellata da crateri meteoritici. La Luna compie un MOTO DI ROTAZIONE attorno al proprio asse, un MOTO DI RIVOLUZIONE intorno alla Terra e un moto di traslazione seguendo la Terra intorno al Sole. Le FASI LUNARI sono i diversi aspetti con cui la Luna è visibile dalla Terra, che variano regolarmente tra due estremi: la luna nuova e la luna piena. Le posizioni relative della Luna, della Terra e del Sole danno origine alle ECLISSI. Durante le eclissi di Sole la Luna si frappone tra la Terra e il Sole proiettando la sua ombra sulla superficie terrestre. Durante le eclissi di Luna, invece, è la Terra che si interpone tra il Sole e la Luna, la quale transita nell’ombra terrestre.Txt

116

3 LA TERRA E LA SUA LUNA DIDAT

MAPPA DEL CAPITOLO

SI V A LU

C A I NC TI

intorno vi orbita la

LA TERRA è formata da

LUNA che compie

GEOSFERA MOTO DI ROTAZIONE

ATMOSFERA su di essa si individuano

IDROSFERA

MOTO DI RIVOLUZIONE

da cui dipendono

compie

BIOSFERA

FASI LUNARI

ECLISSI

ASSE DI ROTAZIONE POLO NORD E POLO SUD

MOTO DI ROTAZIONE

EQUATORE

da cui dipende

ALTERNARSI DEL DÌ E DELLA NOTTE

MOTO DI RIVOLUZIONE

PUNTI CARDINALI RETICOLATO GEOGRAFICO

da cui dipende

ALTERNARSI DELLE STAGIONI ASTRONOMICHE

Polo Nord 90°

meridiano di Greenwich

formato da 23°27'

60° 45° 75° 60°

30° 45°

15° 30°

15°

0° 15°

30°

45°

piano dell’orbita terrestre

75° 60°

afelio

152 000 000 km

Sole

147 000 000 km

perielio

15°

Equatore

30° 45°

PARALLELI

MERIDIANI

117

VERIFICA CIÒ CHE HAI IMPARATO CO N O S C E N Z E

A B I L I TÀ

Barra la risposta o il completamento corretti.

1 Durante la fase di luna piena: A B C D

l’emisfero lunare illuminato dal Sole non è visibile dalla Terra. la Luna è in opposizione. la luce solare illumina entrambi gli emisferi lunari. Luna, Terra e Sole formano un angolo retto.

2 Quale delle seguenti affermazioni sulla latitudine è falsa?

A È basata sul sistema di paralleli. B È il primo dato fornito nell’indicazione delle coordinate geografiche. C È la distanza angolare tra il meridiano passante per il punto considerato e l’Equatore. D È sempre associata all’indicazione nord o sud.

3 Perché è utile conoscere la declinazione magnetica di una data località? A Per verificare se una bussola funziona correttamente. B Per verificare se il campo magnetico terrestre è cambiato. C Per individuare la posizione corretta dei poli magnetici. D Per ricavare la posizione corretta del nord.

4 La vera durata del moto di rivoluzione della Terra è un intervallo denominato: A anno siderale. B anno solare. C anno civile. D anno bisestile.

Barra la risposta o il completamento corretti.

9 Alcune persone credono che l’alternarsi delle stagioni sia legato

alla diversa distanza della Terra dal Sole che, data la forma dell’orbita, cambia nel corso dell’anno: durante l’inverno la Terra è a distanza maggiore e quindi riceve meno radiazione solare; durante l’estate avviene il contrario. Con quale delle seguenti affermazioni potresti convincerli che ciò non è vero? A La differenza tra le distanze Sole-afelio e Sole-perielio è di soli 5 milioni di km e ciò non ha alcun effetto sulle temperature del pianeta. B L’inizio delle stagioni astronomiche è una pura convenzione, quindi la variazione della distanza Terra-Sole è del tutto relativa. C La variazione della distanza tra la Terra e il Sole nel corso dell’anno è compensata dalla variazione della velocità di rivoluzione del nostro pianeta prevista dalla seconda legge di Keplero. D Quando nell’emisfero boreale è estate, in quello australe è inverno, e viceversa.

10 Tre dei seguenti fenomeni si possono verificare contemporaneamente tranne uno, quale? A Congiunzione. B Luna nuova. C Plenilunio. D Eclisse di Sole.

11 L’Italia si trova:

Per ciascuna affermazione indica se è vera [V] o falsa [F].

5 Durante una eclisse totale di Luna, la Luna transita

completamente nel cono d’ombra proiettato dalla Terra.

6 Il solido geometrico che più si avvicina alla forma della Terra è la sfera.

7 L’alternarsi del dì e della notte è la principale conseguenza del moto di rotazione della Terra.

8 Il reticolato geografico è un sistema di riferimento che consente di stabilire con precisione la forma e le dimensioni della Terra.

A B C D

a nord del Circolo Polare Antartico. a sud del Polo Sud. a est del Tropico del Capricorno. a ovest del meridiano di Greenwich.

12 Se il piano dell’orbita lunare fosse perpendicolare al piano dell’orbita terrestre: A non si osserverebbero né le fasi lunari né le eclissi. B si osserverebbero sia le fasi lunari sia le eclissi. C si osserverebbero le fasi lunari ma non le eclissi. D si osserverebbero le eclissi ma non le fasi lunari.

Per ciascuna affermazione indica se è vera [V] o falsa [F].

13 La lunghezza massima che può avere un parallelo è di circa

20 000 km, mentre quella di ogni meridiano è di 40 000 km.

14 Dato che l’Italia si trova quasi per intero nel fuso

LAVORA CON LE MAPPE

A Completa la mappa seguente inserendo i termini corretti. 1

15 La superficie del geoide e quella dell’ellissoide

RIVOLUZIONE

LUNA 3

4 DI LUNA

B Crea una mappa sul quaderno utilizzando i seguenti termini: attorno al proprio asse - da ovest verso est - durata: anno siderale - durata: giorno siderale - intorno al Sole - lungo un’orbita ellittica - moti della Terra - rivoluzione - rotazione

118

immediatamente a est di quello di riferimento, quando a Greenwich sono le 12.30, i nostri orologi indicheranno le 13.30. non si incontrano mai.

16 Il reticolato geografico ha diverse analogie con il piano cartesiano: entrambi si basano su un sistema di due coordinate che definiscono la posizione di un punto su una superficie.

17 Un’eclisse totale di Sole può essere vista

contemporaneamente da due osservatori che si trovano uno in Finlandia e uno in Grecia perché entrambe le nazioni sono comprese all’incirca tra gli stessi meridiani.

33LA LATERRA TERRAEELA LASUA SUALUNA LUNA

ALLENA LE COMPETENZE 1 Il disegno mostra una delle possibili configurazioni del sistema Sole-Terra-Luna.

3 I disegni mostrano le più importanti configurazioni

astronomiche che la Terra assume durante il suo moto di rivoluzione intorno al Sole. 66°33' 23°27'

66°33'

0° 23°27'

23°27'

0° 66°33'

23°27' 66°33'

a. COLLEGARE Come viene chiamata questa configurazione? b. ANALIZZARE E INTERPRETARE In quale fase si trova la Luna? Come appare vista dalla Terra? c. DEDURRE È possibile che in questa configurazione si osservi un’eclisse? Motiva la risposta.

66°33' 23°27' 0° 23°27'

2 La figura mostra uno schema della zona superficiale della Luna. 66°33' S 1

2 A

a. COLLEGARE Indica i nomi delle configurazioni astronomiche corrispondenti ai tre disegni. b. ANALIZZARE E INTERPRETARE Per ciascuna immagine, indica la latitudine sulla quale i raggi solari giungono perpendicolarmente e quella sulla quale i raggi solari giungono tangenzialmente. c. ANALIZZARE E INTERPRETARE Per ciascuna immagine, indica gli eventuali intervalli di latitudine sui quali non giunge alcun raggio solare.

a. ANALIZZARE E INTERPRETARE Fornisci il nome e una breve descrizione di ciascuna delle strutture indicate. b. FORMULARE IPOTESI In quale ordine cronologico si potrebbero essere formate le quattro strutture numerate?

4 La figura seguente è un planisfero, cioè una carta geografica che rappresenta tutta la superficie terrestre.

90° 75° 60° 45° 30° 15° 0° 15° 30°

Sydney

45° 60° 165° 150° 135° 120° 105° 90° 75° 60° 45° 30° 15° 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° 105° 120° 135° 150° 165° 180°

a. DEDURRE Il tuo ricevitore GPS indica le coordinate geografiche 20° S e 55° O: in quale continente ti trovi? b. FORMULARE IPOTESI Immagina di prendere un aereo da quella posizione e di viaggiare verso nord fino al 45° parallelo. Come agirà l’effetto Coriolis sul tuo aereo? c. FORMULARE IPOTESI Se sul fuso orario di Greenwich sono le ore 10.00 (cioè le 10.00 UTC), che ora segnerà il tuo orologio? Motiva la risposta immaginando che i limiti tra i fusi orari seguano i meridiani. d. COLLEGARE Devi telefonare a un amico che abita a Sydney, in Australia, e il tuo orologio segna le 18.00 del 9 novembre. Quali saranno l’orario e il giorno indicati dall’orologio del tuo amico?

119

PROVA DI COMPETENZE

Alla scoperta della costellazione di Orione

GUIDA ALLO SVOLGIMENTO

La costellazione di Orione, il “cacciatore celeste” della mitologia greca, è una delle più famose e facili da osservare grazie alle sue brillanti stelle e alla sua “cintura”. L’osservazione del cielo notturno ti affascina, così vuoi individuare la costellazione (mostrata nell’immagine) e approfondire un po’ le caratteristiche delle sue stelle principali (indicate dai nomi) che, come puoi vedere, mostrano chiare differenze di colore, dimensioni e luminosità.

← Osserva le stelle visibili nella

fotografia, esaminane le caratteristiche e le eventuali differenze e associale ai nomi indicati nel disegno. Quest’ultimo riporta anche altre stelle della costellazione, che tuttavia qui non servono.

Meissa Bellatrix Betelgeuse Alnilam Mintaka

Alnitak

Saiph

Rigel

TRASFERIRE AD ALTRI CONTESTI Sono le ore 21.00 del primo di febbraio e stai osservando la

costellazione di Orione, facilmente avvistabile verso sud. Il giorno dopo, però, un tuo amico, anche lui appassionato di stelle, afferma di averla osservata quella stessa notte, ma alle ore 2.00, in direzione ovest, mentre una tua amica ti mostra una fotografia della costellazione scattata il primo di dicembre dell’anno precedente sempre alle ore 21.00, ma in direzione est. 1 Com’è possibile che la costellazione venga osservata in posizioni diverse? Chi dei tre ha ragione? Motiva la risposta. IPOTIZZARE Ricercando informazioni su Orione scopri che la luminosità delle stelle è espressa da un valore numerico chiamato magnitudine: più alto è il valore di magnitudine e più è debole la luce della stella. Occorre, però, distinguere la magnitudine apparente, che è una misura della luminosità apparente, dalla magnitudine assoluta, definita come la misura della luminosità che una stella avrebbe se si trovasse a una distanza convenzionale dalla Terra pari a 32,6 a.l. 2 Quale può essere l’utilità nell’impiegare la magnitudine assoluta delle stelle?

ANALIZZARE La tabella seguente riporta alcune caratteristiche delle 8 stelle principali che costituiscono la costellazione di Orione. Esamina i dati e poi rispondi alle domande.

← Ricorda che nell’Universo nulla è fermo: ogni cosa si sposta rispetto alle altre, spesso seguendo percorsi ciclici.

← Ricorda che l’intensità di una sorgente luminosa dipende anche dalla distanza da cui viene osservata.

▶

PARTE A LA TERRA NELL’UNIVERSO

classificazione

diametro medio (milioni di km)

distanza dalla Terra (a.l.)

magnitudine apparente

magnitudine assoluta

temperatura superficiale media (K)

Betelgeuse

supergigante rossa

1300

600

0,45

– 5,14

3500

Meissa

gigante blu

13,5

1055

3,50

– 4, 05

35 000

Bellatrix

gigante blu

243

1,60

– 2,76

22 000

Alnitak

supergigante blu

27,8

817

1,85

– 5,15

31 500

Alnilam

supergigante blu

1342

1,65

– 6,42

28 500

Mintaka

supergigante blu

916

2,40

– 4,84

30 000

Saiph

supergigante blu

722

2,05

– 4,67

26 000

Rigel

supergigante blu

110

773

0,15

– 6,72

12 100

← Una tabella intera è piuttosto complessa da leggere. Per rispondere a ciascuna domanda, individua solo la colonna, o le colonne, che ti servono e concentrati solo sui dati che queste contengono, trascurando le altre. Riguarda, inoltre, la fotografia della figura precedente.

3 Quale delle stelle elencate nella tabella appare più luminosa se osservata dalla Terra? 4 5 6 7

Quale di queste irradia la minore quantità di luce? Motiva le risposte. Bellatrix è la stella più piccola tra quelle indicate, eppure nella fotografia essa appare più grande di Saiph e di Mintaka, che hanno un diametro quasi quattro volte maggiore. Come spiegheresti questo fatto? Su quale base queste stelle sono distinte in giganti e supergiganti? Su quale base queste stelle sono distinte in rosse e blu? Se il loro colore non fosse stato indicato nella tabella, saresti stato in grado di ricavarlo? Tra le stelle elencate, quale potrebbe essere, con maggiore prababilità, quella più prossima al termine della sua esistenza? Perché? Quale potrebbe essere il suo destino finale?

IPOTIZZARE Osservando con attenzione la costellazione, noti che poco sotto la “cintura di

← Ricorda che il nostro Sistema Solare

Orione” c’è un’evidente chiazza luminosa rossastra che scopri non essere una stella, bensì un oggetto celeste chiamato Nebulosa di Orione. Facendo una breve ricerca, trovi che si tratta di una regione distante 1270 a.l. in cui si stanno formando molte nuove stelle, tanto che gli astronomi ne hanno già identificate 700 in vari stadi di sviluppo. Alcune presentano perfino dei dischi protoplanetari. 8 Che cosa potrebbe essere questa Nebulosa di Orione? Che cosa significa che al suo interno si stanno formando nuove stelle? 9 Il termine “dischi protoplanetari” ti fa venire in mente l’“ipotesi protoplanetaria”. Di che cosa potrebbe trattarsi? Quale potrebbe essere il legame tra i dischi protoplanetari e la formazione di nuove stelle?

è solo uno dei tanti sistemi planetari esistenti nell’Universo.

COMUNICARE Una tua amica si interessa di astrologia e quindi ti chiede qualche informazione

← È importante distinguere le scienze, come l’astronomia, dalle pseudoscienze, come l’astrologia. Queste ultime propongono spiegazioni di alcuni fenomeni senza basarsi sul metodo sperimentale proprio delle prime.

sulle costellazioni. La tua passione per l’astronomia ti induce a risponderle che l’astrologia non è una scienza, perché si basa solo su antiche credenze e superstizioni secondo cui le azioni e la personalità di un individuo dipenderebbero dall’influsso degli astri. 10 Sei in grado di spiegarle brevemente perché, a differenza dell’astrologia, l’astronomia è una scienza? 11 Con le tue conoscenze sulla costellazione di Orione e con i dati che hai a disposizione, come potresti dimostrarle che quel raggruppamento di stelle è usato dagli scienziati solo per comodità, ma non indica alcun legame reale tra le stelle?

CAPITOLO

Un viaggio nelle cellule

Strano ma… biologico! Che cosa sono queste strutture, un po’ inquietanti, simili a esseri di altri mondi? Nonostante le apparenze, si tratta semplicemente di cellule presenti nel nostro organismo. La più grande è un macrofago, che letteralmente significa “grande mangiatore”. Il suo compito è di inglobare e digerire particelle e microrganismi che sono entrati nel nostro corpo, come i batteri, le cellule più piccole che si vedono nell’immagine. Osservando la fotografia puoi notare che la forma e le dimensioni di queste cellule sono molto diverse, così com’è differente il loro ruolo specifico. Eppure, anche se non si direbbe, l’organizzazione interna e molte delle reazioni che in esse avvengono le rendono molto simili.

Tutti gli esseri viventi sono formati da cellule Che cosa accomuna tutti gli esseri viventi? Tutti gli esseri viventi sono costituiti da una o più cellule. La forma delle cellule è collegata alla funzione che esse svolgono; anche le dimensioni cellulari sono variabili, ma solitamente si mantengono ridotte per garantire un elevato rapporto superficie/volume e quindi scambi più efficienti con l’ambiente esterno.

OSSERVA E CONFRONTA

Una quercia e un cavallo, così come un uomo e una farfalla, sembrano non avere granché in comune, almeno per quanto riguarda forma, colore e dimensioni. Eppure, se si considerano tutti gli esseri viventi dal punto di vista microscopico, si scopre che hanno un’importante caratteristica comune [figura 1]. Ognuno di essi, infatti, è costituito da unità elementari, le cellule, che possono avere forme molto diversi ma sono molto simili nella loro organizzazione generale.

cellula

← Figura 1 A livello microscopico tutti gli esseri viventi presentano una caratteristica che li accomuna: sono formati da cellule. 104

3 UN VIAGGIO NELLE CELLULE

La scoperta delle cellule

ENGLISH

Robert Hooke, nel XVII secolo, è il primo studioso a utilizzare il termine cellula. Men-

• cellula cell • teoria cellulare Cell Theory ETIMO

• cellula dal latino cellula (cameretta)

cellule

BIOBOX

Hooke Robert (1635-1703) Studioso inglese dai molti interessi; si occupa in particolare di fisica e biologia, oltre a ideare varie apparecchiature (fra cui alcuni orologi). È fra i primi naturalisti a usare il microscopio, inventato da poco, che contribuisce anche a perfezionare. A lui si deve il termine cellula (cioè piccola cella) per indicare le unità strutturali che osservò in una sezione di sughero.

La teoria cellulare Dopo quasi duecento anni dalla scoperta di Hooke, le ricerche di alcuni scienziati consentono di formulare la teoria cellulare, secondo la quale: • la cellula è la più piccola struttura vivente, in grado, cioè, di svolgere tutte le funzioni fondamentali per la vita degli organismi; • tutti i viventi sono formati da una o più cellule; • ogni cellula ha origine da un’altra cellula. L’ultimo punto, in particolare, stabilito dallo scienziato tedesco Carl Rudolf Virchow, contribuisce anche a far crollare alcune vecchie teorie sull’origine degli organismi, come quella della generazione spontanea, in base alla quale molti esseri viventi potevano nascere da acqua stagnante o da carne in putrefazione. Soltanto una cellula, quindi, può replicare se stessa, perpetuando così la vita.

Integriamo con...

↑ Figura 2 Disegno delle cellule del sughero fatto da Hooke (A) e fotografia delle stesse strutture al microscopio (B). In entrambi i casi si tratta di cellule morte di cui si vedono solo i rivestimenti esterni (le pareti cellulari).

CHIMICA

Legame covalente Legame che si stabilisce tra due atomi, uguali o diversi tra loro, che mettono in comune una o più coppie di elettroni. Elettronegatività Proprietà di un atomo di attrarre a sé gli elettroni di legame. Legame idrogeno Forza attrattiva che s’instaura tra il polo positivo e il polo negativo di

due molecole polari, in particolare tra quelle che contengono un atomo di idrogeno unito da un legame covalente a un atomo molto elettronegativo e che abbia almeno una coppia libera di elettroni. Tale legame non riguarda quindi solo l’acqua, ma anche altre molecole presenti sia nel mondo vivente, come nel DNA, sia in quello inanimato dei minerali silicati.

105

OSSERVA E CONFRONTA

Una grande varietà di forme e dimensioni Le cellule hanno forme diverse, correlate alla funzione che devono svolgere. Ciò è molto evidente negli organismi pluricellulari, come gli animali e le piante. È ben visibile, per esempio, la differenza tra le cellule dell’epidermide umana, appiattite e disposte le une vicine alla altre e le cellule nervose dotate, invece, di numerosi prolungamenti [figura 3]. Riguardo le loro dimensioni, nella maggior parte dei casi le cellule sono microscopiche, con l’eccezione delle cellule uovo di alcuni animali, in particolare uccelli e rettili, che sono visibili anche a occhio nudo [figura 4].

Museo virtuale Quanto è grande?

PLUS

In più Osservare le cellule con i microscopi

PLUS

cellule nervose

cellule dello strato esterno della pelle

↑ Figura 3 Nell’uomo le cellule dello strato più esterno della pelle, con funzione protettiva hanno forma molto diversa dalle cellule nervose il cui compito è di ricevere e tramettere impulsi. In particolare, le cellule procariote, come quelle dei batteri, hanno un diametro medio di 1µm (1µm corrisponde a un millesimo di mm), mentre quelle eucariote sono più grandi, con un diametro di 20-30 µm negli animali e 30-50 µm nelle piante. Organismi più grandi hanno cellule più grandi? È importante ricordare che le dimensioni delle cellule sono pressoché le stesse in tutti gli organismi pluricellulari; infatti, se mettiamo a confronto un elefante e una zanzara ciò che cambia è il numero delle cellule, non le loro dimensioni.

↑ Figura 4 Le dimensioni degli esseri viventi e delle loro componenti.

Le cellule e gli scambi con l’ambiente Perché le cellule sono così piccole? La cellula può essere paragonata a un piccolo laboratorio, dove avvengono contemporaneamente molte reazioni chimiche. Ciò comporta un passaggio continuo e intenso di materiali attraverso la superficie cellulare: entrano sostanze come acqua, ioni e ossigeno, provenienti dall’ambiente esterno e ne escono altre, che rappresentano i prodotti e gli eventuali scarti dei processi metabolici. Lo scambio è particolarmente efficiente se il rapporto superficie/volume cellulare è elevato, una situazione che si realizza nelle cellule piccole, come quelle che si sono appena formate, nelle quali la superficie è maggiore rispetto al volume. Quando la cellula cresce, tale rapporto diminuisce [figura 5] e il passaggio di sostanze non è più adeguato alle necessità. Nel corso dell’evoluzione, quindi, le cellule piccole sono state favorite, perché, grazie alla maggiore superficie, sono risultate più adatte a svolgere un’intensa attività metabolica, caratterizzata in ogni caso da scambi rapidi e frequenti.

106

PREPARATI ALLA VERIFICA 1 Quale caratteristica accomuna tutti gli esseri viventi? 2 Su quali principi si basa la teoria cellulare? 3 Perché è preferibile, per le cellule, avere un elevato rapporto S/V?

3 UN VIAGGIO NELLE CELLULE

Cellule semplici e complesse Com’è fatta una cellula? In ogni cellula è possibile distinguere tre componenti principali: la membrana cellulare, il citoplasma e il materiale genetico. La cellula procariote si differenzia da quella eucariote per la mancanza del nucleo e degli organuli citoplasmatici, con l’eccezione dei ribosomi.

Tutte le cellule possiedono alcune importanti caratteristiche comuni: • sono rivestite dalla membrana cellulare, un sottile involucro che le mette in comunicazione con l’esterno; • il loro spazio interno è occupato dal citoplasma, composto da acqua, ioni e molecole organiche (il citosol) e dagli organuli cellulari, più o meno complessi, che svolgono specifiche funzioni; • contengono il materiale genetico, cioè il DNA, racchiuso o no in un nucleo, con il compito di dirigere tutte le attività cellulari.

membrane

• Citoplasma cytoplasm • Organulo cellulare cell organelle • Materiale genetico genetic material

• Procariote prokaryotic cell • Eucariote eukaryotic cell ETIMO

Tutta la vita in due cellule OSSERVA I PROCESSI

ENGLISH

• Membrana cellulare cell

Considerando la presenza o l’assenza di un nucleo, le cellule possono essere suddivise in due grandi categorie: • cellule procariote, prive di un involucro che circonda il DNA e quindi di un nucleo ben distinto dal citoplasma; esse hanno, inoltre, un’organizzazione piuttosto semplice [figura 6]; • cellule eucariote, dotate di un vero nucleo, circondato da una membrana [figura 7], e caratterizzate da un maggiore grado di complessità.

• Procariote dal greco pro = prima e kárion = nucleo

• Eucariote dal greco eu = bene e kárion = nucleo, quindi “con nucleo ben organizzato”

DNA citoplasma

nucleo

DNA

citoplasma

↑ Figura 6 La salmonella, un batterio che causa intossicazioni alimentari, è formato da una cellula procariote.

↑ Figura 7 La cellula eucariote è dotata di un vero e proprio nucleo che contiene al suo interno il DNA.

Ucipicitius sectiam, sundia percilibea venieni endeseque coreperchici oditini endandita coriati nctem. Itat quasimetur am dolupta sitatur, quiam, odit quo cone accum et officab oritibus essit voluptatus numet ut lacepre nossunt aut qui consequi dia vero to es dolupta estotat porempori rendige ndebis aut volest mo es demod mo volore sum essim quis sume nobis mosanti odis dus ex explace esequat. Met ut quam idis mod molectam rae aliquo del et, is magnis ipisquis aspit voluptatium et omnit vel ipsam dollores aut ates reprate cuptatem qui ducipsum re quam quo bea comnihitat aut quiatur simillo rerunt omni occusa dolo que volorupta venis

107

Il passaggio di sostanze attraverso la membrana cellulare Quali sostanze possono attraversare la membrana cellulare? La membrana plasmatica, grazie alla sua capacità di selezionare le sostanze che entrano ed escono dalla cellula, collabora a garantire l’omeostasi, necessaria per il corretto svolgimento delle funzioni cellulari. Non sono molte, però, le sostanze che riescono ad attraversarla spontaneamente; fra queste ricordiamo le ▶ molecole apolari di piccole dimensioni (O₂ - CO₂) e alcune ▶ molecole polari (H₂O - etanolo), mentre quelle più grandi, come il glucosio, gli aminoacidi o gli ioni, passano grazie a un trasporto mediato da proteine specifiche. Se si considera il passaggio di sostanze attraverso la membrana dal punto di vista del consumo di energia, è possibile distinguere due tipi di trasporto: • il trasporto passivo, che non richiede energia; • il trasporto attivo, che avviene, invece, con un dispendio energetico.

Il trasporto passivo Il trasporto passivo può realizzarsi secondo tre modalità: diffusione semplice, diffusione facilitata e osmosi. In generale, la diffusione consiste nel movimento lento delle particelle che compongono un gas o un liquido da una zona in cui esse sono presenti in quantità maggiore (dove, cioè, sono più concentrate) a un’altra in cui si trovano in quantità minore (dove sono, quindi, meno concentrate), con un processo che avviene secondo ▶ gradiente di concentrazione. È ciò che accade, ad esempio, se si versano alcune gocce d’inchiostro in acqua: le particelle dell’inchiostro, infatti, si spostano casualmente fino a distribuirsi in modo uniforme nella soluzione, dandole un colore omogeneo [figura 10].

ENGLISH

• Trasporto passivo passive transport

• Trasporto attivo active transport

• gradiente di concentrazione concentration gradient

• Diffusione semplice simple diffusion

• Diffusione facilitata facilitated diffusion

• Osmosi osmosis GLOSSARIO ▶ Molecola apolare Molecola

in cui le cariche sono distribuite in modo uniforme; quindi, non presenta un polo positivo e uno negativo, come accade nella molecola di ossigeno (O₂). ▶ Molecola polare Molecola nella quale si riconosce un polo parzialmente positivo e uno parzialmente negativo, come accade nella molecola di acqua (H₂O). ▶ Gradiente Variazione nel tempo o nello spazio di una grandezza, ad esempio, la temperatura, la pressione o la concentrazione di una soluzione, cioè la quantità di soluto sciolto in un volume unitario di solvente. Per gradiente di concentrazione si intende, quindi, la differenza di concentrazione di un soluto tra due ambienti adiacenti, come l’interno e l’esterno di una cellula.

← Figura 10 Il fenomeno della

diffusione.

OSSERVA LE STRUTTURE

108

Anche attraverso la membrana cellulare le molecole possono muoversi seguendo il proprio gradiente di concentrazione. • Se il passaggio riguarda le molecole piccole, che attraversano liberamente il doppio strato fosfolipidico, si parla di diffusione semplice. È il caso, ad esempio, dell’ossigeno che dagli alveoli polmonari, dove la sua concentrazione è alta, passa nei capillari sanguigni, nei quali è meno concentrato, mentre l’anidride carbonica compie il movimento opposto [figura 11A]. • Il trasporto passivo degli ioni e delle molecole più grandi avviene, invece, per diffusione facilitata. Gli ioni, infatti, attraversano i canali ionici che si aprono nelle proteine integrali della membrana, mentre il glucosio e gli aminoacidi diffondono grazie a proteine trasportatrici [figura 11B].

3 UN VIAGGIO NELLE CELLULE

• L’osmosi, infine, è un fenomeno di trasporto passivo che consiste nel movimento dell’acqua attraverso una membrana semipermeabile, com’è appunto quella cellulare, quando essa separa due ambienti in cui la concentrazione dei soluti è diversa: in questo caso, le molecole di acqua si muovono spontaneamente dalla zona meno concentrata, o ipotonica, a quella più concentrata o ipertonica, modificando così lo stato di idratazione delle cellule [figura 11C].

← Figura 11 Il trasporto tra le membrane: diffusione semplice di soluti attraverso la membrana (A), diffusione facilitata attraverso proteine canale (B) e attraverso proteine trasportatrici (C), il trasposto dell’acqua mediante osmosi (D). A

Il trasporto attivo Attraverso la membrana cellulare avviene anche un trasporto attivo se le particelle passano da zone dove sono meno concentrate verso altre nelle quali la loro concentrazione è maggiore, andando, cioè, contro gradiente: in pratica, è una situazione simile a quando, su un autobus già affollato, cercano di salire, con fatica, ancora altre persone. Di conseguenza, le nuove particelle che entrano devono essere “spinte” contro gradiente. Come è possibile trasportare sostanze contro gradiente? Il trasporto contro gradiente è mediato da specifiche proteine, chiamate trasportatori o carrier, che hanno bisogno di ottenere energia dalla cellula per svolgere questo compito.

Bionews Il reticolo endoplasmatico in 3d

Alcuni studiosi americani, utilizzando le più recenti tecniche di microscopia elettronica, sono riusciti a fornire immagini tridimensionali molto dettagliate del reticolo endoplasmatico, l’organulo cellulare tra le cui funzioni vi è la sintesi delle proteine. Era già noto che il reticolo endoplasmatico, scoperto circa 60 anni fa, fosse formato

da membrane appiattite sovrapposte, ma non si sapeva come queste fossero connesse tra loro. Gli studi condotti hanno portato all’elaborazione di un modello del reticolo endoplasmatico che ricorda un “parcheggio multipiano”, in cui le membrane sovrapposte appaiono collegate da strutture elicoidali, simili alle tipiche rampe dei garage dei grandi centri commerciali.

109

UN PASSO IN PIÙ

L’osmosi e i suoi effetti sulle cellule Per capire meglio il fenomeno dell’osmosi, immaginiamo di dividere un recipiente in due parti uguali, utilizzando una membrana semipermeabile, cioè che lascia passare l’acqua, ma non i soluti disciolti in essa. Supponiamo anche di mettere negli scomparti due soluzioni a diversa concentrazione, ad esempio, nel primo un litro di acqua in cui è stato sciolto un cucchiaio di sale da cucina e nel secondo un uguale volume di acqua con due cucchiai di sale (figura 1). Per effetto dell’osmosi, l’acqua passerà dalla prima soluzione, meno concentrata (ipotonica) a quella più concentrata (ipertonica) finché la concentrazione del soluto non raggiungerà lo stesso valore in entrambi gli scomparti, dando origine a due soluzioni isotoniche. Da questo momento in poi il flusso netto di acqua si manterrà costante nei due sensi, dando origine a una situazione di equilibrio dinamico (nella quale, cioè, l’acqua e il soluto continueranno a riequilibrarsi). La maggior parte delle cellule vive in un mezzo isotonico, quindi, non perde né assume acqua: ne sono un esempio i nostri globuli rossi il cui ambiente interno (il citoplasma) è isotonico rispetto al ▶ plasma in cui sono immersi nei vasi sanguigni. Spostandoli però in ambienti a tonicità diversa, i globuli rossi darebbero risposte differenti (figura 2): • in acqua distillata (ambiente ipotonico), per effetto dell’osmosi, tenderebbero a gonfiarsi di acqua fino a scoppiare; • in una soluzione salina molto concentrata, quindi ipertonica, si verificherebbe, invece, una perdita di acqua che li farebbe raggrinzire.

GLOSSARIO Le cellule vegetali, che possiedo▶ Plasma Componente liquida no una parete di cellulosa all’edel sangue, composta in buona sterno della membrana, sono in parte di acqua nella quale sono grado di sfruttare diversamente sciolti ioni e varie molecole. i fenomeni osmotici. Il loro ambiente interno, infatti, è un poco ipertonico rispetto a quello circostante e l’acqua, una volta entrata, esercita sulla parete una leggera pressione, detta turgore cellulare, che mantiene gonfie le cellule. Questo fenomeno è fondamentale per assicurare un adeguato sostegno alle parti verdi delle piante, quali ad esempio foglie e fusti delle specie erbacee. Come le cellule animali, anche quelle vegetali subiscono, però, un danno se sono poste in un ambiente ipertonico: in tal caso, infatti, si verificano il distacco della membrana dalla parete cellulare (plasmolisi) e la morte della cellula (figura 3).

CELLULA ANIMALE

AMBIENTE ISOTONICO

AMBIENTE IPERTONICO

CELLULA VEGETALE

↑ Figura 1

AMBIENTE IPOTONICO

↑ Figura 2

110

→ Figura 3 Cellule vegetali in soluzione isotonica (A) e ipertonica (B).

UN PASSO IN PIÙ

3 UN VIAGGIO NELLE CELLULE

OSSERVA I VIVENTI

L’osmosi e i suoi effetti sulle cellule effetti sulle cellule Per capire meglio il fenomeno dell’osmosi, immaginiamo di dividere un recipiente in due parti uguali, utilizzando una membrana semipermeabile, cioè che lascia passare l’acqua, ma non i soluti disciolti in essa. Supponiamo anche di mettere negli scomparti due soluzioni a diversa concentrazione, ad esempio, nel primo un litro di acqua in cui è stato sciolto un cucchiaio di sale da cucina e nel secondo un uguale volume di acqua con due cucchiai di sale (figura 1). Per effetto dell’osmosi, l’acqua passerà dalla prima soluzione, meno concentrata (ipotonica) a quella più concentrata (ipertonica) finché la concentrazione del soluto non raggiungerà lo stesso valore in entrambi gli scomparti, dando origine a due soluzioni isotoniche. Da questo momento in poi il flusso netto di acqua si manterrà costante nei due sensi, dando origine a una situazione di equilibrio dinamico (nella quale, cioè, l’acqua e il soluto continueranno a riequilibrarsi). La maggior parte delle cellule vive in un mezzo isotonico, quindi, non perde né assume acqua: ne sono un esempio i nostri globuli rossi il cui ambiente interno (il citoplasma) è isotonico rispetto al ▶ plasma in cui sono immersi nei vasi sanguigni. Spostandoli però in ambienti a tonicità diversa, i globuli rossi darebbero risposte differenti (figura 2). Le cellule vegetali, che possiedono una parete di cellulosa all’esterno della membrana, sono in

↑ Figura 1 GLOSSARIO grado di sfruttare diversamente ▶ Plasma Componente liquida i fenomeni osmotici. Il loro amdel sangue, composta in buona biente interno, infatti, è un poco parte di acqua nella quale sono ipertonico rispetto a quello cirsciolti ioni e varie molecole. costante e l’acqua, una volta entrata, esercita sulla parete una leggera pressione, detta turgore cellulare, che mantiene gonfie le cellule. Questo fenomeno è fondamentale per assicurare un adeguato sostegno alle parti verdi delle piante, quali ad esempio foglie e fusti delle specie erbacee. Come le cellule animali, anche quelle vegetali subiscono, però, un danno se sono poste in un ambiente iper-

La scoperta delle cellule Robert Hooke, nel XVII secolo, è il primo studioso a utilizzare il termine cellula. Men-

tre esamina, con un microscopio da lui stesso progettato, alcune fettine di sughero, che era riuscito a rendere molto sottili, egli nota che sono costituite da strutture simili a piccole cavità: poiché gli ricordano le camerette dei monaci, le chiama cellule, cioè “piccole celle” [figura 2]. In realtà, quello che osserva lo studioso inglese non sono cellule vive, ma soltanto le pareti di cellulosa delle cellule vegetali, che, nel sughero, sono ormai morte e vuote. Nonostante ciò, l’intuizione di Hooke è decisiva per stimolare altri scienziati a proseguire lo studio di questa nuova realtà scientifica.La teoria cellulare Dopo quasi duecento anni dalla scoperta di Hooke, le ricerche di alcuni scienziati consentono di formulare la teoria cellulare, secondo la quale: • la cellula è la più piccola struttura vivente, in grado, cioè, di svolgere tutte le funzioni fondamentali per la vita degli organismi; • tutti i viventi sono formati da una o più cellule; • ogni cellula ha origine da un’altra cellula. L’ultimo punto, in particolare, stabilito dallo scienziato tedesco Carl Rudolf Virchow, contribuisce anche a far crollare alcune vecchie teorie sull’origine degli organismi, come quella della generazione spontanea, in base alla quale molti esseri viventi potevano nascere da acqua stagnante o da carne in putrefazione. Soltanto una cellula, quindi, può replicare se stessa, perpetuando così la vita.

111

A COLPO D’OCCHIO

Struttura e funzioni delle cellule La membrana plasmatica che circonda le cellule delimita una regione interna detta citoplasma. Il citoplasma è formato da un fluido, costituito da acqua, varie molecole e ioni, in cui sono immersi gli organuli cellulari. Il citoplasma contiene anche le fibre del citoscheletro utili alla cellula per mantenere la propria forma e muovere le sue parti.

LA CELLULA EUCARIOTE ANIMALE La cellula eucariote contiene organuli delimitati da membrane all’interno dei quali si svolgono specifiche attività cellulari. L’immagine illustra le principali componenti cellulari di una cellula animale.

Ut aut quide voluptur aut posse que nonem et, ut et rem inveli quo offictate aceatem. Odiosae pel mos es earchit aspicto

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Hicipsa commolorem nulpa quation seditatem as nobitatias nulla acimus.

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offi ctate aceatem. Hicipsa commo lorem nulpa quation seditatem as nobitatias nulla acimus.

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Hicipsa commolorem nulpa quation seditatem as nobitatias nulla.

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Aspit aut omnimpor

114

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Hicipsa commolorem nulpa quation seditatem as nobitatias nulla acimus. Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Ro molorepe voluptatum ipie

3 UN VIAGGIO NELLE CELLULE

LA CELLULA PROCARIOTE Le cellule procarioti non hanno membrane interne, ma sono rivestite da una parete cellulare rigida, esterna alla membrana plasmatica. Il genoma è costituito da una molecola di DNA circolare libero nel citoplasma. Può avere appendici mobili (flagelli e pili).

Ut aut quide voluptur aut posse que nonem et, ut et rem inveli quo offictate aceatem. Ut aut quide voluptur aut posse que nonem et, ut et rem inveli quo offictate aceatem.

Ut aut quide voluptur aut posse que nonem et, ut et rem inveli quo offictate aceatem. Hicipsa commolorem nulpa quation seditatem as nobitatias nulla acimus.

Ut aut quide voluptur aut posse que nonem et, ut et rem inveli quo offictate aceatem.

LA CELLULA EUCARIOTE VEGETALE La cellula vegetale comprende molte strutture presenti anche nella cellula animale: membrana plasmatica, citoplasma, nucleo, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, ribosomi, mitocondri, vescicole di trasporto. È però priva di lisosomi e, in aggiunta, presenta la parete cellulare, il vacuolo centrale, i cloroplasti.

Ut aut quide voluptur aut posse que nonem et, ut et rem inveli quo offictate aceatem. Odiosae pel mos es earchit aspicto

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Hicipsa commolorem nulpa quation seditatem as nobitatias nulla acimus.

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, utet rem inveliquo offictate aceatem. Hicipsa commo lorem nulpa quationsedi tatem as nobitatias nulla.

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Aspit aut omnimpor

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Ro molorepe voluptatum ipie

Ut aut quide voluptur aut posseque nonem et, ut et rem inveliquo offictate aceatem. Hicipsa commolorem nulpa quation seditatem as nobitatias nulla acimus.

115

VERIFICA CIÒ CHE HAI IMPARATO CO N O S C E N Z E

1 Vero o falso? Correggi le affermazioni errate

7 Quali tra le seguenti strutture non sono presenti in tutti i tipi

A Il reticolo endoplasmatico liscio ha il compito di smistare le proteine. B Il citoplasma è presente solo nelle cellule eucariote. C Nei mitocondri sono prodotte le proteine. D La parete delle cellule vegetali è costituita da cellulosa. E Nel nucleolo si trova il DNA. F I cloroplasti contengono un proprio DNA. G Le membrane che delimitano gli organuli hanno la stessa composizione di quella plasmatica. H La cellula vegetale contiene i cloroplasti al posto dei mitocondri.

2 Crea le corrispondenze tra struttura cellulare e funzione svolta 1 2 3 4 5 6

Contiene le informazioni genetiche Contiene enzimi digestivi Mantiene in posizione gli organuli È la sede della sintesi proteica Vi si produce l’energia per la cellula Fornisce sostegno alla cellula vegetale

A mitocondrio B nucleo C ribosoma D lisosoma E parete cellulare F citoscheletro

Scegli il completamento corretto

3 Il componente principale della membrana cellulare è: A B C D

un doppio strato di proteine un doppio strato di fosfolipidi un doppio strato di fosfolipidi e carboidrati un doppio strato di DNA e proteine

4 La cellula procariote A B C D

misura circa 100 µm. si trova negli organismi pluricellulari è priva di nucleo è comparsa dopo la cellula eucariote.

6 Ogni cellula eucariote possiede sempre: A la parete cellulare B il nucleo

116

C i cloroplasti D la capsula

di cellula: A DNA B mitocondri

C ribosomi D membrana cellulare

nelle eucariote? A i mitocondri B i ribosomi

C i cloroplasti D il nucleolo

8 Quali strutture si trovano sia nelle cellule procariote sia

9 I cloroplasti sono gli organuli cellulari nei quali: A B C D

ha luogo la sintesi delle proteine si produce l’energia necessaria alla cellula ha luogo la fotosintesi vengono immagazzinate sostanze

10 Il termine trasporto passivo si riferisce a: A B C D

diffusione semplice ed esocitosi osmosi ed esocitosi diffusione semplice, diffusione facilitata e osmosi diffusione facilitata, osmosi ed esocitosi

11 Completa le seguenti frasi con i termini corretti A fu il primo a utilizzare il termine “cellula”. B Le cellule hanno solitamente dimensioni maggiori delle cellule C La forma delle cellule è legata alla loro D Le strutture che si trovano nel citoplasma della cellula e che svolgono una specifica funzione sono dette E Tutte le cellule hanno alcuni aspetti in comune: sono circondate dalla , al cui interno si trovano il e il , che può essere o meno racchiuso in un F Durante la diffusione le sostanze si muovono da zone a concentrazione verso zone a concentrazione. G La diffusione dell’acqua attraverso una membrana semipermeabile è detta H Il glucosio e gli amminoacidi attraversano la membrana cellulare grazie a

12 Crea le corrette corrispondenze 1 trasporto attraverso la membrana che non richiede consumo di energia 2 diffusione dell’acqua attraverso la membrana cellulare 3 trasporto di grosse molecole secondo gradiente di concentrazione 4 trasporto attraverso la membrana che richiede consumo di energia 5 introduzione di sostanze solide mediante formazione di vescicole 6 introduzione di liquidi mediante formazione di vescicole

A fagocitosi B trasporto attivo C osmosi D pinocitosi E trasporto passivo F diffusione facilitata

3 3UN LAVIAGGIO TERRA NELLE E LA SUA CELLULE LUNA

A B I L I TÀ

1 Inserisci i nomi delle strutture cellulari indicate

2 Completa la figura sottostante

COMPETENZE

1 In figura è rappresentato un protozoo che vive in un ambiente

di acqua dolce. Pensi che potrebbe vivere anche in acqua salata? Che cosa accadrebbe se fosse trasferito nel mare?

2 Perché i funghi secchi si gonfiano dopo averli messi in acqua? 3 Che cosa accade a una cellula se si rompe la membrana dei lisosomi in essa contenuti? Spiega motivando la risposta.

Scegli la risposta corretta

3 In quale tipo di cellule si trova una maggior quantità di

mitocondri? A nelle cellule dove c’è un elevato consumo di energia, come le cellule dei muscoli B nelle cellule che producono enzimi digestivi C nelle cellule che svolgono la fotosintesi D nei globuli bianchi che inglobano e distruggono i batteri

4 In un mitocondrio non è presente: A DNA B matrice

C RNA D nucleo

5 Attraverso la membrana cellulare entrano ed escono liberamente, per diffusione semplice: A il glucosio B le proteine C gli acidi nucleici C l’ossigeno e il biossido di carbonio

IN ENGLISH Choose the correct answer or statement

1 Which of the following is not a cell organelle? A chloroplast B lysosome

C cytoplasm D Golgi apparatus

in animal cells? A cell membrane B cell wall

C endoplasmic reticulum D mitochondria

2 Which of the following structure is found in plant cells, but not

3 Which of the following A osmosis B facilitated diffusion

processes requires energy? C facilitated diffusion D active transport

4 Which of the following is not a component of cell membrane? A chloroplast B lysosome

C cytoplasm D Golgi apparatus

117

Che aspetto ha la Via Lattea? ▼

Cerca la risposta a p. 14

Che cos’è l’Universo? ▼

Cerca la risposta a p. 4

OSSERVA IL CIELO Il cielo notturno è in grado di offrire magnifici spettacoli come quello della fotografia: un’immensa scia luminosa che attraversa la volta celeste. Si tratta della Via Lattea, una grande galassia costituita da miliardi di stelle. Una di queste è il nostro Sole, intorno a cui orbitano la Terra, gli altri pianeti e una moltitudine di altri corpi celesti organizzati a formare il Sistema Solare.

Come nasce una stella? ▼

Cerca la risposta a p. 10