67111 - ATMOSFERE PLANETARIE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce le conoscenze di base per comprendere la dinamica, la termodinamica ed il trasferimento radiativo in atmosfera planetaria. Acquisisce inoltre il concetto di bilancio energetico di un pianeta ed è in grado di interpretare semplici modelli di effetto serra e riconoscere i principali processi di feedbacks inerenti al clima.

Contenuti

1) Introduzione Definizione di pianeta. I pianeti del sistema solare. Perchè i pianeti sono approssimativamente sfere.

2) Origine e composizione del sistema solare Teorie di formazione dei sistemi planetari, la teoria nebulare ed il collasso gravitazionale. Caratteristiche del disco proto-planetario. Conservazione del momento angolare. Teoria dell'accrescimento. Nube di Oort e fascia di kuiper. Satelliti ed anelli, limite di Roche. I corpi minori del sistema solare: nanopianeti, asteroidi, comete, meteoriti. Oggetti transnettuniani. Origine della luna.

3) Caratteristiche generali dell'atmosfera terrestre e delle atmosfere planetarie Composizione chimica ed evoluzione: atmosfere secondarie. Meccanismi di fuga dei gas (Jeans escape, impatti, ...). Struttura termica media verticale. La stratosfera ed il ciclo dell'ozono. Struttura termica verticale nei pianeti interni ed esterni e di Titano.

4) Termodinamica dell'Atmosfera Concetto di particella d'aria. Legge dei gas applicate all'atmosfera. Equilibrio idrostatico ed equazione ipsometrica. Comportamento termodinamico dell'aria secca: processi adiabatici. Processi diabatici e stratificazione diabatica.

5) Stabilità idrostatica Forza di galleggiamento e velocità verticali. Stabilità statica, frequenza di Brunt-Vaisala. Categorie di stabilità per aria secca e convezione. Gradiente auto-convettivo.

6) Vapor acqueo e stati condensati in atmosfera Pressione di vapor saturo e cambiamenti di fase. Gradiente termico per aria satura. Stati condensati in atmosfere planetarie: nubi e nebbie. 

7) Dinamica atmosferica Circolazione generale terrestre. Dinamica e meteorologia venusiana e marziana. dinamica atmosferica dei pianeti gioviani. Dinamica e meteorologia di Titano.

8) Fondamenti di trasferimento radiativo e modelli serra Spettro elettromagnetico. Angolo solido e principali quantità radiometriche. Radianza di corpo nero e leggi fondamentali. Legge di Kirchhoff. L'equazione differenziale del trasferimento radiativo in presenza di processi di assorbimento ed emissione. Soluzione di Schwarzschild nel caso di atmosfera piano-parallela.

9) Il Sole Cenni di struttura del sole. Luminosità e misura della costante solare. Lo spettro solare. Interazione della radiazione solare con gas e particelle atmosferiche. Insolazione. 

10) Equilibrio radiativo e temperatura di emissione di un pianeta Albedo. Modello base di equilibrio radiativo planetario. Temperatura di emissione per variazioni della costante solare e dell'albedo sferico. Temperatura media superficiale e temperatura di emissione.

11) Trasferimento radiativo Modello 1-d di effetto serra. Parametro serra (green-house parameter). Caso di Venere e teorema di Sandstrom. Equilibrio radiativo in atmosfera grigia e piano-parallela. Runaway green-house effect (Venere, Terra e Marte). Costanti di tempo radiative. Bilanci energetici globali per vari pianeti.

12) Semplici Modelli climatici Inerzia termica di un oceano e dell'atmosfera. Modelli 0-d e processi retroattivi. Modelli climatici a bilancio energetico 1-d: effetto delle variazioni dell'insolazione sul clima (modello di Budyko-Sellers). Teoria di Milankovitch: parametri orbitali terrestri e patterns climatici. Dati sperimentali su Ere Glaciali. Il caso Marte. 

Testi/Bibliografia

F.W. Taylor: Planetary atmospheres. Oxford

T. Maestri. Planetary Atmospheres. Reperibile direttamente dal docente. 

C. Bartolini, M. Benelli, L. Solmi: DVD-ROM "Viaggio nel Sistema Solare" (2011) reperibile presso la portineria del Dipartimento di Fisica e Astronomia viale Berti-Pichat. 

John M. Wallace and Peter V. Hobbs. Atmospheric Science: An Introductory Survey Academic Press, 1997.

Joseph W. Chamberlain and Donald M. Hunten. Theory of Planetary Atmospheres: An Introduction to Their Physics and Chemistry Aca- demic Press, 1987. 

D. L. Hartmann. Global Physical Climatology Academic Press, 1994. 

Murry L. Salby. Fundamentals of Atmospheric Physics, Academic Press, 1996.

Bradley W. Carroll ,   Dale A. Ostlie.  An introduction to modern astrophysics,  Pearson Addison-Wesley, 2007

Metodi didattici

Il docente svolgerà i 6 cfu di lezioni frontalicon ausilio di proiettore e/oalla lavagna. Semplici esercizi verranno svolti in classe per facilitare l'apprendimento della parte teorica. Si prevede anche la discussione di recenti articoli scientifici.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento da parte dello studente avviene attraverso una prova orale che mira a valutare i principali obiettivi didattici del corso:

*) comprensione delle leggi fisiche che regolano lo stato di un pianeta e la sua evoluzione *) interpretazione di semplificati modelli fisici applicati ad un sistema complesso *) capacità di identificare i principali parametri che influenzano e determinano la struttura termica atmosferica


L'esame orale verte sull'intero programma svolto a lezione e può prevedere una discussione iniziale riguardante un breve elaborato dello studente su un argomento a scelta. La durata della prova orale è di circa 1 ora e 15 minuti.

Strumenti a supporto della didattica

Gli studenti avranno a loro disposizione:
* Appunti delle lezioni (formato cartaceo e/o elettronico)
* Articoli scientifici utili all'approfondimento di alcune tematiche
* Semplici applicativi software per la risoluzione di specifici problemi
* Materiale scientifico su dvd
* Bibliografia e referenze

Link ad altre eventuali informazioni

https://solarsystem.nasa.gov

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Tiziano Maestri

Consulta il sito web di Laura Sandra Leo