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Discussione: L'esagono di Saturno

  1. #1
    Nana Bruna L'avatar di Arzak
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    L'esagono di Saturno

    Immagino che tutti conosceranno lo strano caso dell'Esagono di Saturno. Io l'ho scoperto solo da poco, e l'ho trovato affascinante. Non certo perchè penso che una struttura così regolare, da cui pare provengano emissioni elettromagnetiche, sia il segno di una presenza extraterrestre come alcuni buontemponi adombrano, ma perchè trovo interessante capire da quali fenomeni sia originata.



    Intanto ci sarebbero da chiarire i dati di base che ho raccolto qui e là. Chi dice che l'esagono sia centrato sul Polo Nord del pianeta, chi lo colloca a 78° di latitudine. C'è poi chi dice che ruota con la stessa velocità angolare del pianeta. Se fosse centrato sul polo, OK. Ma se non lo è, come mi pare sia la tesi maggioritaria, si sta parlando della velocità di rotazione del centro dell'esagono attorno al polo, o della rotazione del vortice attorno al centro dell'esagono? Mai che gli articoli divulgativi facciano chiarezza...
    Alcuni dicono poi che il fenomeno è misterioso (http://www.media.inaf.it/2014/09/22/...no-di-saturno/), quando sono già più di quattro anni che se ne è data spiegazione (www.stukhtra.it/?p=799)

    Qualcuno infatti ha fatto ruotare un cilindro con dei liquidi di diversa densità, ottenendo dei vortici che hanno creato dei poligono regolari, con più o meno lati a seconda della velocità.
    La simulazione sarebbe già abbastanza soddisfacente, se ha fornito quel risultato, ma sarebbe stato interessante ottenere un modello matematico, che in questo caso non mi pare esista, per studiare fenomeni del genere. Occorrerebbe di conseguenza saperne di più sui vortici, sulla meteorologia, ma soprattutto sulle condizioni di base che vigono su quel pianeta.
    Per semplificare mi sono immaginato una quantità di sferette in rotazione attorno ad un centro, circondate da una corona circolare di altre sferette di materiale diverso per simulare una diversa densità. Tenendo conto degli altri fattori, quali la forza centrifuga, quella di Coriolis, ecc., non dovrebbe essere impossibile costruire un modello meccanico senza tirare in ballo viscosità, umidità, pressione ecc.
    E' uno spunto, solo per vedere se qualche amico più esperto ne sa qualcosa e ha voglia di approfondire...

    Nel frattempo proverò a simulare la faccenda con un impastatore (si tratta di una paletta inserita su di un trapano a velocità regolabile), azionandolo su di una miscela di cementi di diversa densità. Se vengono fuori triangoli, pentagoni o esagoni vi informerò immediatamente...
    Ultima modifica di Arzak; 21-03-2015 alle 23:24

  2. #2
    Nana Rossa L'avatar di givi
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    Re: L'esagono di Saturno

    Cerca nel Forum, si è già parlato dell'esagono di Saturno.
    Giovanni. Nikon Action EX 16x50 CF.

  3. #3
    Nana Bruna L'avatar di Arzak
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    Re: L'esagono di Saturno

    Per chi fosse ancora interessato alla causa reale del fenomeno saturnino, devo confessare che lo spunto fornito dal meteorologo televisivo Guido Guidi mi ha acceso una luce. Lui attribuisce il fenomeno agli effetti di un flusso atmosferico con numero d'onda uguale a 6, ossia con sei onde per unità di lunghezza. Immaginate sei piccole onde marine su di una lunghezza di un metro.

    Purtroppo, secondo me, la fretta e l'approssimatività hanno fatto scrivere al famoso meteorologo un'imprecisione, e non stupisce allora che il tale sia scettico sui cambiamenti climatici di origine umana, in pratica un negatore dell'evidenza. Non ha senso parlare di onde per unità di lunghezza, perchè basterebbe cambiare l'unità di misura, che come tutti sanno è arbitraria, per ottenere un numero diverso.
    Ha senso invece che il numero di onde sia messo in relazione alla velocità del vortice in cui ruota l'esagono.

    Mi spiego: immaginate di porre un oggetto circolare morbido, tipo un elastico o un braccialetto di cuoio, in un paiolo di polenta in rotazione per effetto di un impastatore. La forma resterà ovviamente circolare, come indicato dalla prima figura che segue.
    Se do un colpetto laterale all'oggetto ad ogni giro, la forma sarà quella assunta dalla seconda figura:


    Se invece do due colpetti, uno ogni mezzo giro, la figura sarà naturalmente la terza, e se i colpetti sono tre ed equamente cadenzati la figura sarà la 4. E' facile immaginare che sei colpetti sono sei, ossia se il cerchio originario viene colpito da un getto atmosferico avente 6 onde per ogni giro del vortice la figura sarà grossolanamente esagonale.
    Se il numero di onde è multiplo di 6, ossia se i colpetti vengono inferti a raffica in numero maggiore mantenendo la stessa periodicità, i lati grossolani verranno probabilmente "rettificati", e la figura risulterà davvero simile ad un esagono.
    Un'altra causa della rettificazione dei lati potrebbe essere la stessa forza centrifuga, che tenderebbe a far riassumere alla figura la forma circolare mentre il getto di corrente atmosferica spinge in senso contrario mantenendo una struttura con sei lati.
    Il tutto è ovviamente da provare, ma mi pare un'ipotesi interessante.

    .
    Ultima modifica di Arzak; 01-05-2015 alle 23:03

  4. #4
    Nana Bruna L'avatar di Arzak
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    Re: L'esagono di Saturno

    Per completare il discorso dell'elastico poggiato sulla polenta in rotazione, ossia del vortice di Saturno sottoposto ad un getto atmosferico dotato di una certa lunghezza d'onda, ecco cosa dovrebbe accadere.
    Nel primo caso l'elastico (il vortice) si muove indisturbato. Nel secondo caso gli viene inferto lateralmente un colpetto ad ogni sesto di giro, ossia ad ogni rotazione di 60°.

    Se però ad ogni sesto di giro di colpetti ne diamo due, l'oggetto dovrebbe assumere la forma della terza figura.
    Se i colpetti sono di più, ossia il getto ha una frequenza multipla, è da pensare che la figura tenda ad assomigliare sempre più ad un esagono.
    Questo sempre che i colpetti vengano sparati a raffica, simulando una corrente atmosferica dotata di quella caratteristica. Se ciò sia davvero possibile dovrebbero dirlo i meteorologi, ma che quello sia in pratica un esagono non si discute...

  5. #5
    Nana Rossa L'avatar di bertupg
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    Re: L'esagono di Saturno

    Premetto che non ho visto l'intervento televisivo di cui parli, ma leggendo quanto scrivi, mi viene da supporre che l'unita di lunghezza a cui si fa riferimento non sia un'unità arbitraria, ma un'unità ben specifica, quale potrebbe essere, ad esempio, la circonferenza del parallelo a quella latitudine.

    Per il resto del tuo ragionamento, credo che non si possa prescindere da una valutazione quantitativa.
    Mi spiego: tu parli di "colpetti" che creano determinate figure, e che per creare un esagono "esatto" ne serve numero che sia multiplo di 6 due, tre o più volte. Come dicevo, a mio avviso, per arrivare a questo livello di dettaglio, occorre prima avere una descrizione quantitativa più precisa del fenomeno. Se infatti provassimo per ipotesi a rimappare le coordinate polari della figura su un piano cartesiano (ovvero avendo in ascisse l'angolo e in ordinate il raggio) che tipo di figura avremmo? Sarebbe sicuramente una funzione periodica, sicuramente diversa da quella che produrrebbe un esagono "esatto" (come si nota, i vertici sono piuttosto arrotondati), e che potrebbe addirittura essere una sinusoide quasi perfetta, che quindi ci ricondurrebbe al "numero d'onda uguale a 6" (ma, come detto, solo i dati effettivi possono dirlo).

    Detto questo, più in generale, non capisco cosa intendi per "modello meccanico senza tirare in ballo viscosità, umidità, pressione ecc.". Da quello che si può leggere, mi sembra che in poche parole il fenomeno si possa descrivere come un'onda stazionaria (con, appunto, numero 6), la cui descrizione matematica è nota, ed è valido modello per una vastità di fenomeni (di cui quelli meteorologici sono solo una piccola parte). Il motivo, invece, per cui proprio qui si forma questa particolare figura, credo che non possa esulare dal considerare specifiche condizioni particolari di viscosità, pressione, velocità di rotazione relative delle correnti, e altri fattori (il fatto che il periodo di rotazione appaia sincronizzato con l'intensità dell'emissione radio, ad esempio, mi fa sospettare che possano esserci anche fattori legati alle proprietà chimico-fisiche e interazioni elettromagnetiche).

    P.S. Riguardo ai "colpetti a raffica", ricordo che non necessariamente l'energia tra due elementi di un sistema deve essere scambiata per impulsi discreti, al fine di avere fenomeni periodici. Uno degli esempi più impressionanti che mi vengono in mente è il crollo del ponte di Tacoma nel 1940, fenomeno che, dal punto di vista fisico, secondo me ha in comune con l'esagono di Saturno molto più di quanto non sembrerebbe a prima vista.

  6. #6
    Nana Bruna L'avatar di Arzak
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    Re: L'esagono di Saturno

    Alcune precisazioni per fare chiarezza:
    - l'intervento di Guido Guidi a cui ho fatto riferimento non era televisivo, si trattava bensì un breve articolo che compare qui: http://www.climatemonitor.it/?p=33314

    - ribadisco che secondo me l'articolo contiene comunque un'inesattezza: non si può parlare di numero d'onda in assoluto, ma di una frequenza del fenomeno atmosferico che, perchè il discorso abbia senso, sia multipla con ordine 6 della velocità angolare di rotazione del vortice dell'esagono.

    - il modello meccanico di cui parlavo, che per una prima ipotesi semplificativa poteva prescindere dai fattori atmosferici, l'ho proposto prima di leggere l'articolo suddetto, con cui non ha quindi alcuna relazione. Non nego quindi affatto che le successive considerazioni di bertupg siano valide.

    - perché sia l'ipotesi in questione sia credibile occorre che la frequenza del getto atmosferico sia esattamente uguale ad 6 volte la velocità di rotazione del vortice. In caso contrario deve avere la particolarità di produrre "raffiche" di impulsi con frequenza 6. Se la frequenza fosse semplicemente multipla di 6 o di qualunque altro numero con impulsi equidistanti nel tempo, la forma del mio elastico nella polenta tornerebbe ad essere grossolanamente circolare.

    Esempio di getto a raffica con 3 impulsi a frequenza 6: ooo....ooo....ooo....ooo....ooo....ooo....
    Non so se una frequenza del genere esista nel campo della meteorologia, ma in altri campi della fisica una forma d'onda del genere potrebbe rientrare nel caso dei battimenti.

    - interessante il collegamento con la questione del ponte di Tacoma, di cui conoscevo il crollo ma non la spiegazione dettagliata: una corrente atmosferica avente una frequenza (e quindi anche qui si tratta di un fenomeno periodico) che entra in risonanza con la frequenza propria del ponte sospeso. Non mi è però del tutto chiaro come l'esempio portato si attagli a ciò di cui stiamo parlando, ma evidentemente occorrerebbero conoscenze tecniche più approfondite. Credo però che in qualche modo il fenomeno sia stato perlomeno inquadrato.
    Ultima modifica di Arzak; 09-05-2015 alle 17:30

  7. #7
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    Re: L'esagono di Saturno

    Si noti poi che in tutto questo non si è fatto cenno alle forze esterne che agiscono sull'esagono, come quella centrifuga. Da quanto ho letto non ho ancora capito se il vortice sia centrato sul polo nord, come alcuni dicono, o più in basso. Sarebbe comunque interessante considerare le due velocità, quella di rotazione del pianeta e quella del vortice, per verificare se esista una qualche relazione numerica che possa far attribuire il fenomeno a questi dati. Chissà mai che qualche influenza possa venire anche dalle maree provocate dai satelliti di Saturno. Ci fosse un satellite che passasse vicino al pianeta con la famosa frequenza 6 (relativamente alla rotazione del pianeta o del vortice), sarebbe certamente un indiziato.
    Ultima modifica di Arzak; 09-05-2015 alle 23:58

  8. #8
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    Re: L'esagono di Saturno

    Quello che effettivamente la natura riesce a produrre è molto affascinante e non è un caso che ritroviamo in essa forme geometriche e simmetrie, poichè lo stesso linguaggio matematico è la natura. Ci sono molti casi di forme regolari che si ripetono in aspetti più diversi fra loro, dagli animali, alle piante, all'uomo stesso, ai fenomeni atmosferici e cosmici.

    E' bene però chiarire alcuni punti importanti. Prima di tutto, lo schema nuvoloso in questione è situato esattamente al polo nord del pianeta, quindi il suo centro, in cui è sito un vortice, coincide con l'asse di rotazione dello stesso. In particolare la banda dello schema nuvoloso occupa latidudini che vanno da 78° Nord a 90° Nord rispetto all'equatore di Saturno. Anche al polo sud c'è un vortice, ma non c'è uno schema nuvoloso circostante di forma esagonale.
    Si vede molto bene dall'immagine qui allegata.
    PIA18274-Saturn-NorthPolarHexagon-Cassini-20140402.jpg

    Il punto della questione non è tanto come si possa formare una forma esagonale in un fluido a simmetria sferica soggetto ad un moto di rotazione attorno ad un asse, ma come tale struttura si sia potuta preservare per decenni (dalla sua scoperta nel 1982 dalla Voyager 1), se non addirittura per secoli. E' cioè una struttura molto stabile, che non si sposta neanche in latitudine come invece fanno le altre strutture nuvolose nell'atmosfera di Saturno. Si tratta comunque di un problema studiato a lungo.

    Una spiegazione più recente e plausibile, realizzata ad opera di ricercatori dell'Università di Oxford, è che vi sia un forte gradiente (cioè una forte variazione) della velocità dei venti atmosferici con il variare della latitudine. Non entra in gioco qui il numero d'onda pari al numero di lati dell'esagono. QUI c'è il link diretto all'articolo scientifico pubblicato su Icarus, noto giornale peer review per la scienza del sistema solare, purtroppo però a pagamento. Gli scienziati hanno riprodotto il fenomeno in laboratorio, utilizzando un cilindro riempito di liquido con velocità di rotazione differenti dal centro verso la periferia. La forma più comune che si genera è quella esagonale, ma si creano anche forme con lati in numero da due a otto.

    Ogni simulazione di un fenomeno fisico, o un esperimento in laboratorio, per essere realizzato deve avere alla base un modello matematico, altrimenti si fanno "polpette" come si dice dalle mie parti. Ed in questo caso si tratta del modello nonlineare barotropico per flussi zonali instabili. Non sono concetti per niente semplici da porre a tavolino e rientrano nel più ampio contesto della fluidodinamica. Se ti interessa, puoi trovare più dettagli nell'articolo che ti ho indicato. I processi atmosferici planetari sono in generale estremamente complessi, proprio perchè le variabili in gioco sono numerose e non si tratta di problemi deterministici bensì caotici. Questo anche ci fa capire come mai fare predizioni metereologiche sia così difficile e perchè più in là ci si spinge con la predizione meno attendibile essa diventa. Le simulazioni servono perchè ci aiutano a capire come un sistema con determinate condizioni iniziali possa evolversi secondo le equazioni che lo regolano, che sono in questo caso le equazioni della fluidodinamica, per fluidi con gradienti di velocità, densità e composizione e soggetti a sollecitazioni generate dalla rotazione planetaria e all'impatto del riscaldamento dato dall'irraggiamento solare.

    Aggiungo inoltre che parlare di numero d'onda è corretto, ma non si dice di "onde" per unità di lunghezza, semmai di creste d'onda per unità di lunghezza, il che vincolato dalla lunghezza d'onda, cioè dalla distanza tra due punti di uguale ampiezza appartenenti a due creste d'onda consecutive. Questo non si riscala affatto cambiando l'unità di misura, è una caratteristica ben precisa di ogni onda disponibile in natura. In questo caso comunque, poco c'entra il rapporto tra lunghezza d'onda e frequenza di rotazione. Il fenomeno ha una natura completamente diversa e ben più complessa di quello che si è discusso fin'ora.

  9. #9
    Nana Bruna L'avatar di Arzak
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    Re: L'esagono di Saturno

    Sembra dunque che fra le diverse illazioni che ho riferito o proposto (queste ultime non mi avventuro a definirle ipotesi), quella più attendibile sia la prima, che attribuisce la forma esagonale alla rotazione di fluidi diversa densità e velocità. Mi ero infatti ripromesso di effettuare l'esperimento con un'impastatrice artigianale che agisce su cementi di diversa densità, ma non ho ancora avuto tempo di provarci, nè sono ottimista sul risultato, in quanto il modello non simula esattamente il fenomeno. Occorrerebbe forse perfezionare l'"impastatore" con braccia fornite di diversi raggi e velocità, ma a questo punto tanto vale fidarsi di chi ha condotto l'esperimento con maggiore affidabilità.

    Non ho però ben afferrato il discorso sul numero d'onda, là dove dici "Aggiungo inoltre che parlare di numero d'onda è corretto, ma non si dice di "onde" per unità di lunghezza, semmai di creste d'onda per unità di lunghezza, il che vincolato dalla lunghezza d'onda, cioè dalla distanza tra due punti di uguale ampiezza appartenenti a due creste d'onda consecutive. Questo non si riscala affatto cambiando l'unità di misura, è una caratteristica ben precisa di ogni onda disponibile in natura.
    E' assodato che il valore reale di una certa grandezza non cambia con l'unità di misura, ma è diverso il valore numerico che ad esso si associa. Passando dalla lunghezza al tempo, se un'onda ha una frequenza di 10 Hz, ossia di dieci pulsazioni al secondo, il valore sarà certamente invariabile, ma varia la sua espressione numerica se al posto del secondo uso come unità di misura il minuto, per cui f diventa =600. Ma forse stiamo dicendola stessa cosa con diverse parole, a meno che io non abbia frainteso.
    Il discorso era comunque legato all'ipotesi del getto atmosferico che doveva avere un qualche sincronismo con la rotazione del vortice. Se quell'ipotesi non è più valida, sono ovviamente d'accordo anch'io a dire che la questione del numero d'onda non c'entra.
    Ultima modifica di Arzak; 10-05-2015 alle 12:23

  10. #10
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    Re: L'esagono di Saturno

    Citazione Originariamente Scritto da Arzak Visualizza Messaggio

    E' assodato che il valore reale di una certa grandezza non cambia con l'unità di misura, ma è diverso il valore numerico che ad esso si associa. Passando dalla lunghezza al tempo, se un'onda ha una frequenza di 10 Hz, ossia di dieci pulsazioni al secondo, il valore sarà certamente invariabile, ma varia la sua espressione numerica se al posto del secondo uso come unità di misura il minuto, per cui f diventa =600.
    Si certamente il valore della quantità cambia se cambi l'unità di misura ma il rapporto (la frazione) a cui fai riferimento rimane sempre lo stesso. Quando consideri una qualsiasi operazione fra due quantità esse devono essere espresse nella stessa unità di misura, altrimenti non ha alcun senso. Quindi il numero d'onda, pur al limite cambiando valore cambiando l'unità di misura, si rapporta esattamente allo stesso modo con la frequenza di rotazione, perchè anche per la frequenza dovrai cambiare l'unità di misura in modo identico.

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