1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO.

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1 1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE LEZIONE 6 * ORIGINE E STRUTTURA DEL SISTEMA SOLARE - ORIGINE E STRUTTURA DEL SISTEMA SOLARE * Icone, grafici e foto provengono da varie fonti. Si ringraziano i relativi Autori ed Editori.

2 2 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE INTRODUZIONE - INTRODUZIONE -PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO ORIGINE E STRUTTURA DEL SISTEMA SOLARE - ORIGINE E STRUTTURA DEL SISTEMA SOLARE - PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO

3 3 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE IL SISTEMA SOLARE Quasi ai margini della nostra Galassia, la Via Lattea, vi è un gruppo di corpi celesti: una stella, otto pianeti, pianeti nani, diverse decine di satelliti, comete, asteroidi ecc. che costituiscono un sistema organizzato: è il nostro sistema solare. In questo sistema organizzato, il Sole raggruppa il 99,87% della massa totale e controlla il movimento dei pianeti, i quali si dividono in due gruppi ben distinti per dimensioni e densità: un primo gruppo formato da quattro pianeti solidi, detti interni o anche terrestri perchè simili in composizione alla Terra, che ne fa parte, e quattro pianeti fluidi, molto più grandi dei primi, definiti pianeti esterni o gioviani costituiti da elementi leggeri, prevalentemente gassosi. Nel 1930 venne individuato un nuovo corpo celeste al quale fu attribuita la dignità di pianeta, il nono della serie, Plutone, il più esterno e lontano, ma non si sapeva esattamente come collocarlo perché aveva un aspetto molto simile ad un grosso asteroide e in più intersecava l’orbita di Nettuno non rispettando in pieno neanche la prima legge di Keplero. Per le sue caratteristiche singolari dal 2006 Plutone non viene considerato più pianeta come gli altri otto ma come PIANETA NANO, una nuova categoria dei corpi celesti del sistema solare appositamente creata.

4 4 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Nel congresso di Praga dell’IAU* del 2006 Plutone è stato dunque riclassificato e declassato a pianeta nano, qualcosa d più di un asteroide ma non proprio pianeta. Per PIANETA s’intende infatti un oggetto che orbita intorno al Sole, che è abbastanza grande da non sbriciolarsi e può autosostenersi in equilibrio idrostatico (quindi avere forma rotonda) e che ha liberato lo spazio intorno alla sua orbita dalla presenza di altri oggetti. Plutone rispetta il primo criterio, quasi pienamente il secondo e per niente il terzo, in quanto viaggia nella fascia di Kuiper dove esistono molti altri oggetti simili a Plutone. Gli astronomi nel congresso di Praga 2006 dovevano in realtà decidere se portare ufficialmente a dodici il numero dei pianeti del sistema solare inserendovi anche Caronte (il satellite di Plutone), Cerere, il più grande degli asteroidi e l’oggetto 2003/UB313 che si trova nella zona di Plutone e Caronte, popolata da migliaia di piccoli satelliti. Dal 2006 tutti questi corpi, assieme a Plutone entrano a far parte della categoria dei pianeti nani. Il movimento di rivoluzione dei pianeti avviene in senso antiorario, mantenuto in orbite definite dalle attrazioni gravitazionali intercorrenti tra essi pianeti e il Sole. I pianeti sono dotati anche di un movimento di rotazione attorno al proprio asse che avviene anch’esso in senso antiorario, tranne quello di Venere e di Urano che avviene in senso retrogrado. Plutone e Caronte Plutone (ricostr.) Cerere Oggetto 2003UB313 *INTERNATIONAL ASTRONOMICAL UNION

5 5 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Corpi celesti di dimensioni minori popolano il sistema solare; fra questi ricordiamo gli asteroidi e le comete. Gli asteroidi o pianeti minori sono costituiti da planetesimi che non sono stati utilizzati nella fase di accrescimento degli altri pianeti. La loro massa è pari allo 0,02 % di quello della Terra, quindi non si sono potuti organizzare in un pianeta o in un satellite. Ricordiamo che il più grande, Cerere il cui diametro è calcolato in circa 800 km, è stato elevato di categoria e rientra tra i pianeti nani. Abbiamo quindi Pallade (500 km), Vesta (400 km) e altri minori. La loro orbita è compresa fra quella di Marte e di Giove. Hanno caratteristiche terrestri. Le comete (da kome = chioma) sono planetesimi di ghiaccio con un nucleo più denso e una coda molto rarefatta lunga anche 300 x 10 6 km. Hanno caratteristiche gioviane. Un satellite artificiale è stato lanciato nel 1999 per studiare da vicino le caratteristiche di una cometa e riportare sulla Terra parti del suo materiale. L’asteroide Gaspra Cometa Raffronto fra Cerere e la Luna Asteroidi

6 6 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE STUDIARE LE COMETE Il gruppo di lavoro dell’Osservatorio di Capodimonte A sx la sonda Stardust. A dx particella di polvere della cometa Wild 2 raggiunta dalla sonda Stardust

7 La sonda STARDUST è stata lanciata nel febbraio 1999; ha incontrato la cometa WILD 2 nel gennaio 2004. La capsula con il raccoglitore in aerogel è rientrata sulla Terra nel gennaio 2006. La sonda ha continuato il suo viaggio verso la cometa TEMPEL 1 che ha incontrato nel febbraio 2011; nel marzo 2011 la sonda è stata dismessa. La sonda STARDUST La capsula con il raccoglitore in aerogel Raccoglitore di polvere cosmica con i blocchi di aerogel Particella di polvere catturata dal raccoglitore Il nucleo della cometa WILD 2 fotografato dalla sonda Stardust Il nucleo della cometa TEMPEL 1 fotografato dalla sonda Stardust 7 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE

8 8 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Nube di Oort e traiettoria delle comete ASTEROIDI FASCIA DI KUIPER COMETA

9 9 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE ORIGINE DEL SISTEMA SOLARE Non vi è una teoria sull’origine del sistema planetario solare accettata da tutti i planetologi. Una molto accreditata suggerisce che, dopo la concentrazione della materia protosolare a partire da una nebula originaria, l’energia di rotazione del Protosole in collasso avrebbe isolato frammenti di materia intorno al nucleo centrale. Il forte momento angolare obbligava questi brandelli di materia a ruotare su un disco piatto. I pianeti si condensarono all’interno del disco acquisendo un proprio campo gravitazionale. 12 3 4 5 6

10 10 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Simulazione di un possibile modello dell’origine del sistema solare

11 11 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Origine del sistema solare, segue L’esplorazione planetaria, che ha avuto grande sviluppo nella seconda metà del XX° secolo, ha posto il problema sull’origine e l’età dei pianeti. Sappiamo che le rocce più antiche della Terra datano 3,8 x 10 9 anni. L’esplorazione della Luna ci ha permesso di risalire ai primi 700 milioni di anni di vita del nostro sistema solare: i campioni lunari raccolti nella regione dei mari indicano un’età di quelle rocce variabile fra i 3,2 e i 3,8 x 10 9 anni ma le rocce della regione degli altopiani datano mediamente 4,2 x 10 9 anni con punte di 4,4 x 10 9 anni e la loro natura ci informa che a quell’epoca la Luna era calda. Se la Luna era calda, lo era anche la Terra che aveva massa più grande. questi corpi planetari erano quindi soggetti al degassamento dei composti più leggeri: vi era, cioè, attività vulcanica. Analogamente doveva verificarsi per gli altri pianeti interni o terrestri a elevata densità. Ma i corpi planetari più piccoli come Mercurio, Marte, la Luna, a causa della loro piccola massa, hanno potuto trattenere poco o nulla dei prodotti del degassamento della fase calda e di conseguenza hanno atmosfera assente o di scarso spessore; anche la Terra, del resto, è avvolta da un’atmosfera di scarso spessore. Simulazione ragionata sulla possibile origine del sistema solare

12 12 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE IL SOLE La nostra stella, il Sole, ha un diametro che è 109 volte quello terrestre, pari a 1,393 x 10 6 km ed è formato da circa 2x10 27 tonnellate di gas. E’ l’unica stella con un diametro apparente a noi visibile; le altre stelle sono puntiformi. Dista dalla Terra in media 149.600.000 Km distanza che costituisce un’unità di misura distanziometrica spaziale definita unità astronomica. La luce solare raggiunge la Terra in 8’ 17”. Il Sole è una stella classificata come G2 nella sequenza principale di Hertzsprung-Russel. Ha una grandezza assoluta pari a 4,85: è cioè una stella piccola, appena visibile a 10 parsec di distanza. La sua massa è pari a 1,98 x 10 33 g e una densità pari a 1,4 gr/cm 3. Possiede un’accelerazione di gravità pari a 273 m/sec 2 (circa 28 volte quella terrestre: 9,81 m/sec 2 ). IL SOLE Il puntino nero indicato dalla freccia è Mercurio Attività sulla superficie del Sole

13 13 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE POSIZIONE DEL SOLE NELL’AMBITO DEL DIAGRAMMA DI HERTZSPRUNG-RUSSEL La magnitudine assoluta del nostro Sole è pari a 4,85. Quella apparente è pari a -26.8. La MAGNITUDINE stellare s’intende APPARENTE o ASSOLUTA. La magnitudine apparente (m) è una misura della luminosità di un corpo celeste rilevabile da un punto d'osservazione (Terra). Maggiore è la luminosità dell'oggetto celeste, minore è la sua magnitudine. la magnitudine assoluta (o luminosità assoluta) è la magnitudine apparente che un oggetto avrebbe se si trovasse ad una distanza dall'osservatore di 10 parsec (stella) o 1 U.A. (pianeta).E’ la misura della luminosità intrinseca di un oggetto.

14 14 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Il Sole è dotato anch’esso di un movimento di rotazione attorno al proprio asse, ma il periodo di rotazione non è uniforme in tutta la sua massa: è più veloce all’equatore perchè questo è più caldo (25 giorni) e meno veloce ai poli (34 giorni circa) mentre alla latitudine di 45° la rotazione completa avviene in 28 giorni. La rotazione del Sole avviene nello stesso senso della rotazione terrestre (moto diretto, antiorario) e il suo periodo di rotazione apparente è più lungo di due giorni rispetto al punto di osservazione terrestre (periodo sinodico). L’asse di rotazione del Sole è inclinato di 7° e forma un angolo di 83° con il piano dell’eclittica. In virtù del movimento di rotazione Il Sole è schiacciato ai poli con un valore di schiacciamento pari a 1/39.000. Il Sole irradia energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari non da tutta la superficie ma solo da centri localizzati. La quantità di energia emessa è pari a 3,8 x 10 23 kw. Da questo valore, attraverso la legge di Stefan-Boltzmann si evince che la temperatura superficiale media del Sole è di circa 6000 °k. La quantità di energia che il Sole invia sulla Terra è definita costante solare ed è pari a 1,94 cal /cm 2 al minuto.

15 15 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE STRUTTURA DEL SOLE La struttura interna del Sole è costituita da: nucleo (cuore) zona di irraggiamento e zona di convezione (mantello solare), fotosfera, cromosfera, corona solare (fascia esterna). NUCLEO Nel nucleo solare la temperatura media è di circa 14 x 10 6 gradi. La fonte di questa energia è la combustione di materia che trasforma idrogeno in elio con un processo di fusione per collisione con rilascio di energia esplosiva che viene però contenuta dai gas elastici esterni. Come prodotto intermedio si forma anche deuterio (D 2 ), un isotopo dell’idrogeno*, con forte produzione di raggi gamma. La notevole quantità di energia che così si origina, attraversa il mantello solare, ne viene contenuta e quindi si irradia nello spazio. In caso contrario la stella esploderebbe. Se l’energia solare raggiungesse la superficie solare come raggi gamma non vi potrebbe essere vita sulla Terra ma, come detto, questi vengono filtrati nella zona di irraggiamento dagli atomi che non partecipano alla combustione. Spaccato del Sole L’idrogeno è formato da tre isotopi: protio ( 1 H 1 ), deuterio ( 1 H 2 ) e tritio ( 1 H 3 ).

16 16 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE MANTELLO - ZONA DI IRRAGGIAMENTO Nella zona di irraggiamento i raggi gamma vengono trasformati in raggi X che sono comunque pericolosi e in raggi ultravioletti (U.V.), anch’essi dotati di notevole energia penetrante. Questi prodotti urtano gli elettroni degli atomi presenti energizzandoli, con produzione di luce e di calore. MANTELLO - ZONA DI CONVEZIONE Lo spessore della zona di convezione solare raggiunge approssimativamente i 130.000 km. Sul fondo di questa zona la materia solare formata dagli atomi compressi che assorbono parzialmente l’urto delle particelle di emissione, comincia a bollire dando origine a un circuito di trasferimento di calore verso la superficie solare fondato sul modello delle celle di convezione. Struttura del Sole, segue

17 17 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Struttura del Sole, segue FASCIA ESTERNA - FOTOSFERA La fotosfera rappresenta la superficie visibile del Sole. In questa zona correnti di gas ascensionali scaturiscono come granuli del diametro di circa 800 km dando origine a quel fenomeno di accensione e spegnimento simultaneo di pennacchi di risalita di materia incandescente al quale è stato dato il nome di granulazione. Queste correnti ascensionali giunte in superficie vengono normalmente trattenute dalla forza gravitazionale del Sole ma alcuni getti particolarmente violenti possono erompere nella sovrastante cromosfera. I granuli più chiari e brillanti stanno ad indicare correnti calde in risalita; i granuli più scuri indicano materia ormai raffreddata che ridiscende chiudendo il circuito della corrente convettiva. La combustione solare non è percepibile come sensazione sonora perchè, come è noto, il suono si trasmette solo attraverso la materia e non nel vuoto. Elementi caratteristici della fotosfera sono le macchie solari scoperte da Galilei nel 1610. Si tratta di aree abbastanza vaste (con diametro da 1000 a 10.000 km) di colore scuro circondate da una raggiera di filamenti più chiari che sembrano cadere all’interno di una struttura cava. Le macchie solari si formano e si presentano a gruppi; vivono poco, da qualche giorno fino a 3-4 mesi ma la struttura resta in vita più a lungo, anche anni. Granulazioni e spicula

18 18 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Struttura del Sole, segue fotosfera Le macchie solari hanno caratteristica di enormi magneti in quanto compaiono sempre a coppia con polarità positiva e negativa mantenuta per tutta la durata del ciclo di vita che dura 11 anni. Le macchie si formano in successione a circa 30° di latitudine, si spostano verso l’equatore e scompaiono attorno a 8° di latitudine. Sono coniugate con macchie analoghe che compaiono nell’altro emisfero ma queste hanno polarità di segno a due a due opposto. Dopo essere comparse aumentano di estensione e impallidiscono fino a concludere il loro ciclo undecennale che forse fa parte di cicli più ampi, almeno 22 anni, dopo di che il campo magnetico s’inverte. La disciplina che studia le macchie solari è la magnetofluidodinamica. Le macchie sarebbero originate da nuclei, cerchi che seguendo le linee di forza magnetiche si spostano dentro il Sole, raggiungono la fotosfera, affondano ed emergono, si spostano avanti e indietro. Possono dar luogo a enormi archi di gas superluminoso tra i poli opposti delle macchie che possono raggiungere i 50.000 km di altezza e i 200.000 km di lunghezza. FOTOSFERA. Si nota la presenza di macchie solari Macchie solari Macchia solare in ultravioletto ripresa dal satellite TRACE

19 19 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Struttura del Sole, segue FASCIA ESTERNA - CROMOSFERA La cromosfera (da χρώμα = colore), spessa circa 7000 km, di colore rosso, costituisce il segmento basso dell’atmosfera solare. E’ una zona assorbente energia in perpetua agitazione che mette in contatto la superficie solare con l’atmosfera più esterna. Vi si notano getti di gas e spicole di fuoco che zampillano fin oltre i 5000 km di altezza, eruzioni cromosferiche (brillamenti, flares) che durano pochi minuti e protuberanze le quali possono esplodere e lanciare atomi nello spazio a velocità maggiore di quella di fuga dal campo gravitazionale solare (oltre 600 km al secondo). La temperatura varia da circa 6.000 °K a circa 500.000 °K in corrispondenza delle grandi eruzioni. Le esplosioni di gas solare emettono nello spazio radiazioni e particelle cariche (elettroni, protoni, nuclei atomici) che costituiscono il cosiddetto vento solare. L’assorbimento dello spettro solare ci rivela che nella cromosfera solare sono presenti 66 elementi chimici dei 92 conosciuti che bruciano assorbendo energia. Protuberanze solari e granulazioni L’osservazione del Sole all’infrarosso evidenzia l’emissione del vento solare

20 20 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Struttura del Sole, segue FASCIA ESTERNA - CORONA SOLARE La corona solare costituisce la parte più alta dell’atmosfera solare. Si presenta di colore bianco ed è costituita da protoni, elettroni, neutroni, atomi ionizzati di vari elementi, polveri cosmiche. Diventa sempre meno luminosa e rarefatta verso l’esterno disperdendosi nello spazio senza un confine definito giungendo fin quasi al pianeta Mercurio che dista 60 x 10 6 km. Nel corso delle eclissi solari è visibile solo 1/6 della corona solare. Corona solare visibile nelle eclissi di Sole CORONA SOLARE IN ULTRAVIOLETTO

21 21 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE EVOLUZIONE DEL SOLE Al ritmo attuale di combustione che vede 655 x 10 6 tonnellate di idrogeno trasformarsi ogni secondo in 650 x 10 6 tonnellate di elio, il nostro Sole potrebbe continuare ad ardere per almeno 50 x 10 9 anni. Sfortunatamente, con l’aumento della temperatura interna originato dal puro peso della cenere di combustione all’interno del Sole si attiveranno altri processi nucleari che consumeranno più rapidamente il combustibile solare. Fra 5 x 10 9 anni si verificherà un’accelerazione di questi processi, il Sole si gonfierà; la sua fotosfera sarà complessivamente più fredda ma emetterà una quantità di energia molto superiore. Dopo circa 1 x 10 9 anni di questo processo la temperatura sulla Terra raggiungerà 500 °C; si avvierà un processo di contrazione del Sole con nuove eruzioni e produzione di raggi gamma che raggiungeranno i pianeti più esterni. Le reazioni nucleari si spegneranno progressivamente con emissione di energia relativamente scarsa. Il Sole si contrarrà per esaurimento di carburante, diventando più piccolo della Terra: raggiunge lo stadio di nana bianca, una stella a piccola massa, un relitto inutile nello spazio che ruoterà attorno al centro della Galassia per centinaia di miliardi di anni. Una nana bianca vista da Hubble La freccia indica l’attuale stadio del nostro Sole Stadio di Gigante Rossa con la Terra bruciata (fra circa 6 miliardi di anni).

22 22 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE I PIANETI Come abbiamo detto precedentemente, sono otto i pianeti del nostro sistema solare suddivisibili in due gruppi: uno, il più vicino al Sole e perciò più interno, formato da quattro pianeti solidi, ad elevata densità, detti anche terrestri; a partire dal più vicino al Sole riconosciamo: Mercurio, Venere, Terra e Marte. Un altro, più esterno, che comprende altri quattro pianeti, molto più grandi dei primi, a bassa densità perchè costituiti da elementi leggeri e prevalentemente gassosi: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Seguono, ai bordi del sistema solare, Plutone e altri corpi di dimensione subplanetaria scoperti molto recentemente e che, come Plutone, dal 2006 vengono considerati pianeti nani: Caronte (1250 km di diametro) Quaoar (1200 km, 2002), Sedna (1700 km, 2004), Haumea (1500 km,2004), Eris (2400 km, 2005) oggetto 2003UB313 (2700 km, 2005); a questi va aggiunto il più interno ex asteroide Cerere (Ø 800 km). Confronto fra Terra, Luna, Plutone e Caronte I nuovi pianeti nani confrontati con la Luna

23 23 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE ORIGINE DEI PIANETI TERRESTRI o INTERNI Le prime fasi dell’evoluzione del sistema solare hanno registrato un intenso bombardamento dei corpi planetari da parte di meteoriti e piccoli asteroidi a quel tempo molto numerosi. Questa viene definita fase di accrescimento dei pianeti dovuta all’aggregazione di frammenti solidi di corpuscoli esterni che s’impattavano sulla superficie di corpi maggiori per attrazione gravitazionale. Questa fase è detta anche di craterizzazione (crateri da impatto) alla quale non è sfuggita neanche la Terra, solo che l’intensa dinamica esogena terrestre, associata alla sostenuta attività geologica, ne ha cancellato quasi del tutto le tracce; attualmente si ritiene che sulla Terra potrebbero riconoscersi almeno 176 crateri da impatto. Ricostruzione dell’impatto di un asteroide che ha raggiunto l’Antartide circa 250 milioni di anni fa

24 24 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Segue ORIGINE DEI PIANETI TERRESTRI o INTERNI Non così è avvenuto per i pianeti più piccoli con scarsa massa e con atmosfera assente o quasi che portano ben evidenti i segni di questa intensa craterizzazione da impatto. Il bombardamento sarebbe terminato circa 4 x10 9 anni fa; le superfici craterizzate che osserviamo su Mercurio, Marte, Luna, dovrebbero costituire l’ultima fase della formazione dei pianeti. Sulla base delle osservazioni compiute è ragionevole porre come risalente a circa 4,6- 4,7 x 10 9 anni fa l’origine del sistema planetario del Sole. Secondo il modello dell’accrescimento, all’inizio si formò un grande numero di protopianeti stabilizzatosi, poi, in un numero più ristretto dopo la fase di aggregazione. Il limite di questo modello consiste nella difficoltà che avrebbero avuto nuclei molto piccoli (condriti) a formare nuclei planetari di alcuni km di diametro. Certo è che una volta formatisi questi nuclei più grandi ne richiamarono altri, coalescendo per collisione. CERERE, pianeta nano ENCELADO, satellite di Saturno LUNA MERCURIO EVIDENZE DI CRATERIZZAZIONE

25 25 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Origine dei pianeti terrestri, segue Si sarebbero formati così i pianeti rocciosi interni. Gli ultimi stadi della fase di accrescimento avrebbero registrato collisioni rapide con corpi voluminosi che avrebbero determinato una diversa inclinazione degli assi di rotazione. Il modello di accrescimento potrebbe spiegare che, a causa dei protoframmenti che collassano verso il centro, l’energia cinetica avrebbe innalzato la temperatura superficiale della Prototerra fino a 10.000 gradi. Certo è che il nucleo denso dei pianeti aggregatisi era caldo e l’interno fluido, dando origine a manifestazioni endogene quali il vulcanismo. Questo è ancora attivo sulla Terra e forse su Venere; pare che sia ancora presente su Marte sia pure in quantità marginale. La Luna, invece, a causa delle sue dimensioni ridotte ha perso l’energia di calore originaria; la sua attività vulcanica è cessata 3 x10 9 anni fa e la sua attività tettonica significativa addirittura 4 x 10 9 anni fa. Marte, vulcano Monte Olimpo Simulazione di collisione fra pianeti

26 26 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE ORIGINE DEI PIANETI GIOVIANI o ESTERNI I pianeti esterni sono completamente diversi da quelli interni rocciosi. Hanno densità minore e sono ricchi di gas, anche se recenti studi tendono a riconoscere la presenza di un piccolo nucleo roccioso al centro degli enormi aggregati fluidi di giganti come Giove e Saturno. Forse la presenza di grandi involucri gassosi ha caratterizzato all’inizio tutti i pianeti; quelli interni avrebbero perso il loro involucro gassoso originario a causa delle maree solari; forse i ghiacci di acqua, ammoniaca e metano si sono stabilizzati solo nelle zone più esterne e fredde della nebulosa solare ma acqua abbondante si rinviene anche sulla Terra. Certo è che i pianeti esterni sono facilitati a trattenere grandi quantità di gas a causa della loro enorme massa e del conseguente intenso campo gravitazionale. Anche per questo sono dotati di numerosi satelliti, a decine. Solo recentemente, con l’invio di sonde dedicate si stanno rilevando nuovi dati sui pianeti esterni che ci forniscono un quadro davvero sorprendente: il sistema gioviano per esempio contempla numerosi satelliti molto diversi tra loro alcuni dei quali sono caratterizzati da un’intensa attività geologica. Eruzione sul satellite gioviano IO

27 27 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE CARATTERISTICHE DEI PIANETI La conoscenza dei pianeti nel passato era affidata all’osservazione del loro moto: calcolando la deviazione dalla loro traiettoria è possibile risalire alla massa e alle proprietà fisiche legate alla massa. E’ stato possibile così determinarne la densità. E’ stato anche possibile risalire al tipo di atmosfera analizzandone la superficie. Sappiamo così che pianeti di massa piccola hanno atmosfera scarsa (Marte) o assente (Mercurio). Ai giorni nostri la conoscenza dei pianeti si è affinata con l’invio di sonde spaziali che ci hanno fornito informazioni molto preziose sulle loro caratteristiche. MERCURIO Distanza dal Sole 0,39 U.A.. Diametro = 4660 km; densità = 5,4 gr/cmc. E’ dotato di un moto di rotazione attorno al proprio asse di 59 giorni e di rivoluzione attorno al Sole di 88 giorni ; forse a causa dell’azione frenante del Sole il periodo di rotazione è di 2/3 quello di rivoluzione (59 giorni). A causa della vicinanza al Sole presenta due punti caldi fissi all’Equatore (430 °C), per il resto la temperatura varia da 350°/400°C a mezzogiorno fino a -173°C nelle zone al buio. L’atmosfera è assente. Osservata la presenza di elio che proviene quasi certamente dalla corona solare. Il campo magnetico è 1/100 di quello terrestre, probabilmente fossile.

28 28 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Mercurio, segue E’ difficilmente osservabile perchè piccolo, in luce e sempre basso nel cielo e perciò visibile solo all’alba o al crepuscolo in presenza di forte turbolenza dell’aria. Raggiunto nel 1974 dalla sonda Mariner 10 che ci ha fornito immagini dettagliate della sua superficie. Geologia: risulta craterizzato come la Luna con una densità di craterizzazione che ha raggiunto la saturazione. Il bombardamento craterico è durato fino a 4 x10 9 anni fa. Verso la fine di questo periodo si è formato il Mare Caloris enorme struttura depressa originata da un impatto molto forte con un asteroide tanto da sollevare, per il contraccolpo e le conseguenti onde d’urto, il suolo agli antipodi (terreno misterioso). Vi è presenza di pianure lisce più recenti che daterebbero 3 x 10 9 anni. Dopo è cessata qualsiasi attività geologica. La struttura interna di Mercurio prevede un grande nucleo di circa 3600 km di diametro e un mantello spesso circa 640 km formato forse da silicati.

29 29 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE VENERE Distanza dal Sole 0,72 U.A.. Diametro = 12.196 km; densità = 5,2 gr/cmc. E’ dotato di un moto di rotazione retrogrado attorno al proprio asse di 243 giorni e di rivoluzione attorno al Sole di 225 giorni. Mostra sempre la stessa faccia alla Terra; alba e tramonto si verificano solo una volta all’anno. L’atmosfera, densa, è spessa circa 80 km, costituita prevalentemente da anidride carbonica, azoto, poca acqua, nubi di acido solforico con zolfo solido in sospensione: in pratica è un oceano di gas pesanti. La composizione atmosferica è pari al 95% di CO 2, 3,5% di N 2, 1 % di H 2 O e poi O 2, H 2 S, H 2 SO 4. E’ dotata di qualche moto ascendente con deboli venti al suolo ma animata da forti venti in quota, dell’ordine anche di 300 km/ora. La pressione è di circa 90 atmosfere al suolo. La luce solare, con forte componente di raggi U.V., è molto fioca ma probabilmente presente anche di notte per il forte incurvamento dei raggi solari a causa dell’elevata densità atmosferica. La temperatura può raggiungere punte di circa 500 °C, forse a causa del forte effetto serra. Il campo magnetico è molto debole probabilmente a causa dell’assenza di un nucleo metallico interno fuso.

30 30 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Venere, segue Raggiunta dalle sonde Mariner 2 (1962), Venera 5 (1969), Venera 9 e Venera 10 (1975) che ci hanno fornito le prime fotografie. Geologia: L’analisi delle immagini ci informa della presenza di un suolo roccioso su Venere; le immagini radar ci mostrano uno scenario con crateri poco profondi, tipo paesaggio lunare, ma con caratteristiche di ambiente quasi subacqueo. La presenza di crateri molto piatti ci fa presumere un’erosione intensa da parte di un’atmosfera aggressiva, che però dovrebbe proteggerla dal bombardamento meteorico. Osservata la presenza di una grande fossa tettonica profonda 7000 metri circa e lunga centinaia di km. Registrata la presenza di grandi edifici vulcanici. Sembra essere costituita da rocce granitiche e rocce basaltiche come sulla Terra, con due tipi di crosta. Forse possiede una crosta molto più spessa di quella terrestre. E’ da notare che in tutti i pianeti interni del sistema solare è stato individuato vulcanismo di tipo basaltico. Come detto, probabilmente non possiede un nucleo metallico allo stato di fusione. Immagini di Venere elaborate elettronicamente Mappatura della superficie venusiana in falso colore

31 31 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE A sx: ricostruzione di paesaggio venusiano. Sotto: Mappamondo venusiano: superficie topografica di Venere rilevata con la prospezione radar Particolare della topografia venusiana

32 32 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE MARTE Distanza dal Sole 1,52 U.A.. Diametro = 6814 km; densità = 3,95 gr/cmc. E’ dotato di un moto di rotazione attorno al proprio asse di 24,5 ore e di rivoluzione attorno al Sole di 687 giorni. Il giorno è quasi uguale a quello terrestre (1,03) ma le stagioni durano quasi il doppio. L’asse di rotazione è inclinato di quasi 24° rispetto alla verticale; la massa è poco più di 1/10 di quella terrestre (0,11). L’orbita è fortemente ellittica a causa dell’attrazione di Giove. Accusa uno schiacciamento polare pari a 1/292. L’atmosfera è rarefatta (10 mbar circa, quasi 1/100 di quella terrestre), spessa circa 200 km, ed è costituita prevalentemente di anidride carbonica (95%), azoto (2,7%) con presenza di acqua e ossigeno. Il cielo appare rosa di giorno a causa della CO 2 e per la presenza di polveri sospese. La temperatura raggiunge i 25°C per poche ore all’equatore ma di notte scende anche a -80°C. Il campo magnetico è estremamente debole probabilmente a causa dell’assenza di un nucleo metallico interno fuso. Raggiunta da numerose sonde; la prima, Mariner 4 (1965).

33 33 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Marte, segue Geologia: Le immagini rilevate mostrano una superficie craterizzata come la Luna. E’ dotato di diversi bacini circolari con vulcanismo posteriore a quello della Luna. Il paesaggio è arido ma si notano tracce di erosione da acqua corrente. Significa che un tempo c’è stata acqua sul pianeta e forse la vita. Altrove sono stati riconosciuti depositi sottili fluitati. Recentemente (2008) è stata rinvenuta acqua allo stato solido. Osservati tre tipi di canali, strutture depresse allungate, che però non sono assimilabili a forme di erosione fluviale. Osservata anche una grande tempesta di sabbia la cui polvere ha impiegato sei settimane per depositarsi. Osservate tracce di erosione eolica. Individuati numerosi vulcani il più grande dei quali, l’Olimpo è alto 23 km e ha una base di oltre 500 km (sulla Terra, il Maona Loa è alto 9 km), attivo fino a 200 milioni di anni fa. E’ presente una grande fossa tettonica tipo Rift Valley, la Vallis Marineris, lunga 5000 km e allineata con tre edifici vulcanici; non sono state però osservate evidenze di una tettonica a zolle, probabilmente a causa di una crosta rigida di almeno 200 km di spessore. Non sono stati registrati finora eventi sismici. Nell’emisfero meridionale prevalgono gli altopiani la cui superficie è craterizzata come la Luna; nell’emisfero settentrionale prevalgono invece pianure lisce con colate basaltiche. Non possiede un nucleo metallico ed è questa la ragione della sua relativa scarsa densità. Ricostruzione di paesaggio marziano. Tracce di fluitazione sulla superficie marziana. A sx: suolo marziano. A dx: ghiaccio in un cratere largo 35 km rilevato dalla sonda europea Mars Express

34 Il 6 agosto 2012 è atterrata su Marte la sonda MSL Mars Science Laboratory ‘Curiosity’ dotata di tecnologia e strumenti scientifici molto avanzati. Tra i suoi scopi prioritari quello di ricercare tracce di vita, anche passata. 34 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Prime immagini e analisi di Curiosity

35 35 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Marte, segue L’analisi chimica effettuata sul suolo marziano ha indicato: SiO 2 : 44,7% ; Fe 2 O 3 : 18,2% ; MgO: 8,3% ; SO 2 : 7,7% ; Al 2 O 3 : 5,7% ; CaO: 5,6% ; TiO 2 : O,8% ; K 2 O: 0,3%. Presenza, forse, di minerali argillosi. CrostaTerra (indicativo): SiO 2 : 59,96 ; Fe 2 O 3 : 3,04 ; FeO: 19.3; MgO: 3,92 ; Al 2 O 3 : 16,82 ; CaO: 5,18 ; TiO 2 : 1,02 ; K 2 O: 2,42 ). La storia geologica marziana prevede: - da 4,6 a 4,0 x 10 9 anni fa: fase di riscaldamento; separazione del nucleo; inizio di formazione della crosta - da 4,0 a 3,0 x 10 9 anni fa: formazione della crosta - da 3,0 a 2,0 x 10 9 anni fa: aumento del riscaldamento radioattivo; in superficie strutture da tensione - da 2,0 a 1,0 x 10 9 anni fa: esaltazione dell’attività vulcanica con degassamento; grandi emissioni di lava; erosione dei canali - < 1,0 x 10 9 anni fa: termina il riscaldamento radioattivo; ispessimento della crosta marziana fino a 200 km circa - < 500 x 10 6 anni fa: raffreddamento; mantello mobile al di sotto di 300 km di profondità; attività vulcanica sempre più debole fino a terminare circa 200 milioni di anni fa. Suolo marziano Ghiaccio al Polo Nord marziano

36 36 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE GIOVE Distanza dal Sole 5,2 U.A.. Diametro = 140.000 km ca; densità = 1,33 gr/cmc (uguale a quella del Sole). E’ dotato di un moto di rotazione di 9h 50m e di rivoluzione attorno al Sole di 11,86 anni. E’ il pianeta più grande in massa e in volume. La sua massa è pari allo 0,1% rispetto a quella del Sole e 318 volte maggiore di quella della Terra. I 4/5 della massa sono costituiti da idrogeno ed elio con un rapporto H:He = 9:1. Ha una forma ad ellisse con forte appiattimento polare (6%, Terra 0,3%) a causa della sua fluidità e della rotazione più rapida che porta concentrazione di massa al centro del pianeta. Il pianeta è caratterizzato dalla presenza di tre sottili anelli, visibili con le sonde spaziali, posti a distanza ravvicinata dal pianeta, formati da ghiaccio di gas e organizzati in una stretta fascia attorno all’equatore, dello spessore di 10 km e una larghezza di 6500 km. Raggiunta da numerose sonde a partire dal 1973 (Pioneer 10). Il campo magnetico è molto forte ed è 28 volte maggiore di quello della Terra certamente incrementato dalle correnti interne con movimento di materiale conduttore di elettricità. L’atmosfera di Giove corrisponde alla gran parte della sua massa ed è costituita da idrogeno, elio, ammoniaca, metano, acqua. La temperatura esterna alle nubi è di -120°C; al di sotto si raggiungono anche i 30.000 °C.

37 37 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Giove, segue All’osservazione superficiale il pianeta appare costituito da grandi fasce, bande a sfumatura diversa, parallele all’equatore. Queste fasce si muovono a velocità diversa in ossequio alla teoria del moto relativo in base alla quale oltre all’accelerazione assoluta, relativa e di trascinamento interviene anche l’accelerazione centrifugo-composta detta anche di Coriolis. Le forze di Coriolis agirebbero sulle colonne ascendenti e discendenti di gas nell’atmosfera deviando i gas che si allontanano dall’Equatore in direzione parallela alla direzione della rotazione (verso est) e quelli che si muovono verso l’Equatore in direzione opposta (ovest). Si verifica lo stesso sulla Terra ma in scala ridotta. Nell’emisfero meridionale si nota la Great Red Spot (grande macchia rossa) osservata da almeno 300 anni la quale varia in dimensione (da 25.000 a 50.000 km) e va alla deriva in longitudine verso est. Forse si tratta di un grande, perenne ciclone. Fasce gioviane. Sono visibili alcuni satelliti. La grande macchia rossa

38 38 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Giove, segue Geologia: Si tratta di un pianeta sui generis perchè irradia una quantità di energia due volte e mezza maggiore di quella che riceve dal Sole. Forse originariamente costituiva un brandello di stella in scala ridotta con composizione simile a quella del Sole ma a causa della sua massa troppo piccola non si sono potute innescare reazioni nucleari al suo interno. Forse è ancora in contrazione per la forte attrazione gravitazionale: per questo emette energia. Questa energia primigenia è la stessa di quella che ha accumulato la Terra che l’ha perduta 4 x 10 9 anni fa quando si è formata la prima crosta. Su Giove, invece, si verificano ancora quei fenomeni di riassetto che conducono alla formazione di un nucleo pesante. Ma la percentuale di materiali pesanti intrappolati nella nebulosa planetaria gioviana doveva essere piuttosto modesta ed è forse questa la causa del ritardo evolutivo di Giove rispetto alla Terra. Pare comunque che il pianeta Giove sia costituito da un piccolo nucleo solido di almeno 10.000 km di diametro. Satelliti: il pianeta Giove possiede 67 satelliti i più importanti dei quali sono Io, Europa, Ganimede e Callisto. In particolare, Io, poco più grande della Luna mostra un’intensa attività geologica con almeno 8 vulcani attivi in costante eruzione. Il satellite Io I satelliti galileiani di Giove

39 39 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE SATURNO Distanza dal Sole 9,5 U.A.. Diametro = 120.000 km ca; densità = 0,72 gr/cmc. E’ dotato di un moto di rotazione di 10h 14’ e di rivoluzione attorno al Sole di 29,7 anni. Ha anch’esso una forma ad ellisse con forte appiattimento polare (10%, Terra 0,3%), maggiore di quello di Giove, a causa della sua maggiore fluidità e della rotazione rapida che porta concentrazione di massa al centro del pianeta. La massa è 95 volte maggiore di quella della Terra. E’ il pianeta più spettacolare caratterizzato da un sistema di anelli esteso 272.000 km osservabile anche da telescopio, in numero di tre. Nella realtà gli anelli sono migliaia, sottili, alcuni spessi 1-2 km, con poco spazio fra l’uno e l’altro. Sono costituiti da miriadi di particelle solide per la maggior parte di ghiaccio d’acqua in masse di 30-40 cm e poi neve con impregnazione di solfuri e silicati. L’atmosfera di Saturno appare simile a quella di Giove (idrogeno, elio, ammoniaca, metano, acqua). All’osservazione superficiale il pianeta appare costituito da grandi fasce nuvolose e turbolente. Si nota la presenza di macchie ma non con le caratteristiche della Grande macchia rossa di Giove. La temperatura esterna alle nubi è di circa -180°C. E’ possibile che al di sotto si possano registrare temperature più elevate.

40 40 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE Saturno, segue Geologia: Come Giove irradia una quantità di energia maggiore di quella che riceve dal Sole. Registrata la presenza di un piccolo nucleo solido al centro della massa planetaria. Satelliti: Saturno possiede 62 satelliti il più importante dei quali è Titano (d = 1.2 gr/cmc), satellite planetario con atmosfera densa di azoto, maggiore di due volte quella terrestre. Al di sotto si rinviene azoto liquido. La composizione dell’atmosfera è simile a quella della Terra primitiva ma la sua temperatura è troppo bassa (-180°C) per sintetizzare composti organici complessi. Encelado, satellite di Saturno Saturno e i suoi anelli Saturno con i satelliti Dione in primo piano, Titano, Teti, Mimas, Encelado, Rea

41 41 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE SATURNO, 11 OTTOBRE 2005 SATURNO CON TITANO

42 42 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA URANO Distanza dal Sole 19,2 U.A.. Diametro = 51.200 km; densità = 1,32 gr/cmc. E’ dotato di un moto di rotazione di 10h 44m che avviene in senso retrogrado e di rivoluzione attorno al Sole di 84 anni. L’asse di rotazione è inclinato di 98° forse a causa di una forte collisione, con conseguenza di un moto retrogrado. Nel corso della sua lunga rivoluzione ogni emisfero è rivolto per 42 anni verso il Sole. L’atmosfera è simile a quella di Giove e di Saturno con presenza di idrogeno, elio, metano, ammoniaca, ghiaccio. E’ dotato anch’esso di anelli che non sono visibili al telescopio perchè scuri. Sono stati scoperti nel 1977 passando il pianeta davanti a una stella. La temperatura esterna raggiunge i -200°C. Geologia: La struttura interna è probabilmente simile a Giove. Satelliti: il pianeta Urano ne possiede 27, Ariel il più noto. Il sistema satellitare di Urano Anelli di Urano URANO ARIELII principali satelliti di Urano PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE

43 43 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA NETTUNO Distanza dal Sole 30 U.A.. Diametro = 49.800 km; densità = 1,64 gr/cmc E’ dotato di un moto di rotazione di 16h 06m e di rivoluzione attorno al Sole di circa 165 anni. Inclinazione dell’asse di circa 28°. La sua massa è circa 17 volte maggiore di quella della Terra. Nettuno ha anch’esso un aspetto simile a Giove; in particolare la presenta di sottili anelli scuri, rilevati solo dal passaggio della sonda. Come Giove presenta una grossa macchia nell’emisfero meridionale, di colore azzurro, che sembra essere persistente. Grande turbolenza delle fasce atmosferiche che sono costituite da idrogeno, elio e metano. La temperatura esterna è di -220°C. Sembra essere gemello di Urano ma è un pianeta convenzionale con asse di rotazione diritto Satelliti: Possiede 13 satelliti tra i quali Tritone e Nereide, il primo dotato di movimento retrogrado. NETTUNO TRITONE Nettuno e quattro dei suoi satelliti Anelli di Nettuno, Voyager 1989 PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE

44 44 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE PLUTONE (Pianeta nano) Distanza dal Sole 29,6 - 49,3 U.A.(~5,9 miliardi di km). Diametro = 2306 km; densità = 2,03 gr/cmc. Massa: 1,3x10 22 kg. E’ dotato di un moto di rotazione di 6 giorni e 9 ore e di rivoluzione attorno al Sole di 247 anni e 8 mesi. Fino a qualche anno fa era considerato il pianeta più lontano anche se per 20 anni risultava più interno di Nettuno a causa della sua orbita molto ellittica e inclinata di 17,2° rispetto alle altre orbite planetarie pressoché complanari. E’ il secondo pianeta nano più grande del sistema solare (dopo 2003UB313 = 2700 km). La sua composizione è forse ghiacciata con presenza di azoto e metano: una palla di neve sporca nello spazio. Temperatura: -230°/ -240°C. Satelliti: Nel 1978 si scoprì con il telescopio un satellite, Caronte, a soli 17.000 km dal pianeta principale. Plutone visto da Hubble Mappa di Plutone Sistema orbitale di Plutone Plutone e Caronte rapportati a Terra e Luna

45 45 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE CORPI CELESTI MINORI ASTEROIDI Dopo il pianeta Marte, per 550 milioni di km lo spazio sembrava vuoto ma nel 1801 si scoprì un piccolo corpo celeste del diametro di 800 km, Cerere, il primo di una moltitudine di asteroidi che sono migliaia. Di 3000 di questi è stata calcolata l’orbita. Questo insieme costituisce la fascia degli asteroidi. Un gruppo di asteroidi esce però da questa con orbite molto allungate che incrociano la Terra (Eros); un altro gruppo (i Troiani) incrociano l’orbita di Giove. Un grosso asteroide che avrebbe colpito la Terra circa 60 milioni di anni fa cambiò il corso dell’evoluzione biologica. Si ritiene che gli asteroidi non siano riusciti ad aggregarsi in un pianeta a causa della loro massa complessivamente poco significativa; forse potrebbero anche essere frammenti di asteroidi più grandi entrati in collisione. I più grossi hanno forma sferica e forse hanno subito una fase di riscaldamento interno con nucleo metallico e crosta rocciosa differenziati. Frammenti di nuclei e di crosta si riconoscono in diversi asteroidi; si sono verificate numerose collisioni in passato e di conseguenza si sono originati minuti frammenti vaganti nello spazio. Si riconoscono almeno 30.000 asteroidi più grandi (anche di 1,6 km di diametro: Icaro) e miliardi di più minuti. La loro rotazione avviene in senso antiorario; ciascuno è autonomo e la loro orbita è controllata da Giove.

46 46 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE METEORITI Le meteoriti sono oggetti solidi che investono la Terra. Ne cadono più di 1000 tonnellate al giorno; per lo più si tratta di micrometeoriti, polveri e granelli con diametro inferiore a 1/10 di mm. Questa polvere cosmica si rinviene nelle calotte polari e nell’alta atmosfera. I granuli con diametro maggiore di 1 cm e massa intorno ai 2 grammi nell’attraversare l’atmosfera si riscaldano, diventano luminosi e vaporizzano a meno di 20 km di altezza: sono le meteore o stelle cadenti ; ne cadono almeno 5 tonnellate al giorno sulla Terra. Provengono da regioni del cielo definite radianti e sono particolarmente numerose in alcuni periodi dell’anno: luglio, 10-13 agosto (Perseidi); 13-14 novembre, 23-27 novembre (Leonidi, Andromedeidi). Le particelle di diametro più grande non si consumano: ne cadono sulla Terra circa 500 all’anno; di queste solo 150 cadono sulle terre emerse e di solo 10 se ne ha notizia. Possono cadere sulla Terra meteoriti anche di 50 tonnellate. Un meteorite di circa 1000 tonnellate ha sfiorato la Terra nel 1972: è penetrato nell’atmosfera ed è rimbalzato nello spazio. Un meteorite di almeno 70.000 tonnellate ha colpito nel recente passato la Terra formando un grosso cratere, il Meteor Crater in Arizona. Sono almeno 14 i crateri da impatto meteorico attualmente riconosciuti in maniera certa sulla Terra. Si classificano meteoriti di tre tipi: le metalliche o ferrose provenienti dalla zona di nucleo; le litoidi (silicati di ferro e magnesio) provenienti dalla zona di mantello; le condriti, sferule di vetro del diametro di circa 1 mm (condrule), le più primitive, risalenti a 4,6 x 10 9 anni fa all’epoca della formazione del sistema solare. Meteor Crater, Arizona Wolf Crater, Australia

47 47 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE A sx: grosso meteorite. A dx: impatto di un meteorite su una donna.

48 48 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE UNA TABELLA RIASSUNTIVA

49 49 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE UNA TABELLA RIASSUNTIVA

50 50 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE UNA TABELLA RIASSUNTIVA

51 51 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE CARATTERISTICHE AMBIENTALI DEI PIANETI

52 52 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE LA TERRA NELLO SPAZIO La Terra costituisce un’entità piuttosto insignificante se rapportata all’Universo. Dalle stelle più vicine non si vede il nostro sistema planetario e il Sole rappresenterebbe una stella di secondaria importanza. I pianeti nel loro insieme costituiscono lo 0,13% della massa dell’intero sistema solare e di questa la maggior parte è rappresentata dalla massa di Giove, il più grande dei pianeti. E’ significativo collegare la storia della Terra con quella del Sole, delle Stelle, dell’Universo per comprendere meglio la possibile evoluzione della Terra. Certamente i processi geologici degli ultimi 4000 M.A. sono stati influenzati dalla massa iniziale, dalla composizione e dalla posizione della Prototerra. Se mettiamo a confronto le proprietà fisiche della Terra e dell’Universo ci accorgiamo che la massa dell’Universo è pari a : mU = 10 28 T e il suo raggio è pari a : rU = 10 20 T quindi le densità relative sono molto differenti, infatti la Terra è costituita da roccia solida e l’Universo in media registra la presenza di un atomo di idrogeno (H) per ogni metro cubo, apparentemente. L’età della Terra è stimata ¼ dell’età dell’Universo; è quindi un corpo celeste relativamente giovane. La Terra ripresa da sonde spaziali

53 53 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013- UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 6. SISTEMA SOLARE 53 SATURNO, 11 OTTOBRE 2005 IMMAGINI ELABORATE RIPRESE DALLA SONDA CASSINI IL 12 OTTOBRE 2006