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 al Sistema Solare. Definizione di pianeta. I pianeti e i corpi minori del Sistema Solare. Perchè i pianeti sono approssimativamente sfere. Il Sistema Solare nel contesto dei sistemi esoplanetari. Cenni di formazione del Sistema Solare. Comete, meteoriti e origine della Luna. Proprietà principali del Sole e loro evoluzione, nel contesto delle interazioni con i pianeti. Costante Solare, insolazione. Equilibrio radiativo di un pianeta.

2) 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.

3) 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.

4) 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.

5) 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. 

6) 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. 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.

7) Dinamica atmosferica Richiami introduttivi alla dinamica dei fluidi. Rappresentazione euleriana e lagrangiana. Equazioni del moto nel sistema di riferimento rotante. Analisi di scala delle equazioni di conservazione della quantità di moto: bilancio geostrofico, ciclostrofico e vento di gradiente. Concetto di vento termico e sue applicazioni. Circolazione zonale e meridionale. Cella di Hadley. Caratteristiche e peculiarità della dinamica atmosferica dei pianeti Gioviani, Venere, Marte, Terra, e di Titano: osservazioni e modelli teorici di base.

Testi/Bibliografia

Lissauer & de Pater: Fundamental Planetary Science, Cambridge University Press

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

Sanchez-Lavega, Agustin. An Introduction to Planetary Atmospheres, Taylor & Francis Group.

F.W. Taylor: Planetary atmospheres. Oxford

Introduction to Dynamic Meteorology, J. R. Holton, Academic Press

Metodi didattici

Il docente svolgerà i 6 cfu di lezioni frontali con ausilio di proiettore e/o alla lavagna. Semplici esercizi e questionari verranno svolti e discussi 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  
* Bibliografia e referenze

Link ad altre eventuali informazioni

https://solarsystem.nasa.gov

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Leonardo Testi

Consulta il sito web di Laura Sandra Leo