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) Origine e composizione del sistema solare Teorie sull'origine del sistema solare. Principali leggi fisiche che determinano la sua configurazione. I pianeti: superfici (attive ed inattive) e strutture interne. Satelliti ed anelli. I corpi minori del sistema solare: nanopianeti, asteroidi, comete, meteoriti. Oggetti transnettuniani.

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

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. Le nubi.

6) Fondamenti di trasferimento radiativo 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.

7) 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.

8) 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.

9) Effetto serra 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.

10) Cenni di dinamica atmosferica Equazioni base. Circolazione generale dell'atmosfera. Analisi di casi particolari: circolazione venusiana, venti diurni su Marte e convezione su Giove.

11) Semplici Modelli climatici 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.

Testi/Bibliografia

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

C. Bartolini, M. Benelli, L. Solmi: DVD-ROM "Viaggio nel Sistema Solare" (2011) reperibile presso il Dipartimento di Astronomia

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

Lezioni frontalicon ausilio di proiettore e/oalla lavagna. Semplici esercizi in classe.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale finale sul programma svolto e discussione di un breve elaborato dello studente che approfondisce un argomento a scelta.

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

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Tiziano Maestri