Il Sistema Solare 1

Quanto vive un essere umano? …..100 anni…. IL TEMPO Il sistema solare ha circa 4,6 - 5 miliardi di anni. Un gruppo montuoso come quello del Monte Bianco si è formato sotto terra, a 50-60 km di profondità, circa 300 milioni di anni fa, e ha cominciato a sollevarsi qualche decina di milioni di anni fa Quanto vive un essere umano? …..100 anni…. QUINDI I TEMPI DELLA TERRA E DELL’UNIVERSO SONO MOLTO PIU’ ESTESI DELLA VITA UMANA. Così nell’universo i fenomeni più antichi risalgono a circa 13,6 miliardi di anni fa  udm = da milioni a miliardi di anni Sulla Terra i fenomeni più antichi datano a circa 4 miliardi di anni fa; la formazione dell’atmosfera ha richiesto più di 1 miliardo di anni, i movimenti dei continenti si svolgono in decine o centinaia di milioni di anni e alcuni fenomeni geologici, come l’erosione, richiedono centinaia o migliaia di anni udm = da migliaia a milioni di anni. 2

Le distanze nel sistema solare Nell’ambito del sistema solare gli astronomi impiegano come unità di misura delle distanze l’unità astronomica (UA), pari alla distanza media tra Terra e Sole: 1UA = 149,6 ∙ 106 km (circa 150 milioni di km). Distanza media dal Sole (UA) Nello spazio lontano si usa come unità di misura l’anno luce (a.l.) = distanza percorsa dalla luce nel vuoto in 1 anno  1 a.l. = 9,5.1012 km (cioè 9500 miliardi di km). La stella più vicina a noi dopo il Sole (Proxima Centauri) dista 4,23 a.l. 3 3

Come si calcola un anno luce? 365,25 d . 24 h/d . 60 m/h . 60 s/m = 31.557.600 s (in un anno) 31557600 s = 3,156 . 107 s La luce percorre nel vuoto 300.000 km/s (3.105): se moltiplico il numero dei secondi in un anno per la velocità della luce ottengo il numero di km che la luce percorre in un anno. 1 a.l. = 3,156 . 107 s . 3. 105 km/s = 9,468 . 1012 km Approssimando sono circa 9,5 . 1012 km (in parole si tratta di quasi diecimila miliardi di km); per esempio, sappiamo che la stella più vicina al sistema solare (Proxima Centauri) dista 4,23 a.l., che corrispondono a più di quarantamila miliardi di km. Tutte le altre stelle sono molto più lontane!!! 4

Le leggi di Keplero Il moto dei pianeti intorno al Sole è descritto dalle tre leggi di Keplero, che definiscono: la forma dell’orbita; la velocità con la quale un pianeta si muove nella propria orbita; le diverse velocità con cui i pianeti effettuano il moto di rivoluzione. 5 5

Le leggi di Keplero La prima legge di Keplero descrive i percorsi compiuti dai corpi celesti durante il loro moto di rivoluzione. I pianeti si spostano intorno al Sole percorrendo orbite che hanno la forma di una ellisse, di cui il Sole occupa uno dei 2 fuochi. Nel percorso orbitale ogni pianeta giunge a un punto di minima distanza dal Sole, il perielio, e a un punto di massima distanza, l’afelio. Perielio e afelio sono congiunti da una linea, la linea degli apsidi, che coincide con l’asse maggiore dell’ellisse. 6 6

Le leggi di Keplero L’ellisse è una figura geometrica che assomiglia a una circonferenza più o meno schiacciata. In una ellisse sono individuabili due punti notevoli, chiamati fuochi, allineati lungo il suo asse maggiore. La somma delle distanze di qualsiasi punto dell’ellisse dai due fuochi è costante ed è uguale all’asse maggiore: PF + PF' = costante. 7 7

Le leggi di Keplero La seconda legge di Keplero riguarda la velocità con cui ciascun pianeta percorre la propria orbita. Il segmento che congiunge il Sole a un pianeta descrive aree uguali in tempi uguali. All’aumentare della distanza di un pianeta dal Sole (r, r' e r'’) diminuisce la velocità di rivoluzione. Gli archi AB, A'B' e A''B'' sono percorsi nello stesso tempo. 8 8

Per chi vive nell’altro emisfero la situazione è opposta. La II legge di Keplero spiega il perché la Terra non percorra la sua orbita con velocità costante: infatti la Terra è più veloce quando è vicino al Sole (in perielio) e più lenta quando è lontana (in afelio). Poiché la Terra è più vicina al Sole ai primi di gennaio e più lontana in luglio, l’inverno è più corto dell’estate nel nostro emisfero: infatti la Terra percorre più velocemente la parte invernale della sua orbita e l’inverno, per così dire, passa più in fretta dell’estate. Per chi vive nell’altro emisfero la situazione è opposta. 9

Le leggi di Keplero La terza legge di Keplero descrive una relazione fra i diversi pianeti del sistema solare. Il tempo impiegato dai pianeti per compiere una rivoluzione intorno al Sole aumenta con la distanza dal Sole. a = semiasse maggiore dell’orbita (in UA) T = tempo di rivoluzione (in anni solari) 10 10

Le leggi di Keplero Per la terza legge di Keplero in un anno un pianeta ipotetico che distasse dal Sole due volte la distanza Terra-Sole (2 UA) compirebbe un percorso corrispondente a un arco di poco più di 120°. Un pianeta che distasse dal Sole 3 UA coprirebbe in un anno un arco di circa 70°e così via. Giove, che dista 5,2 UA dal Sole, compie circa 30° di rivoluzione in un anno; un pianeta più lontano, come Saturno e Urano, compie un numero di gradi ancora inferiore (è assai più lento in termini di velocità angolare annua). 11 11

La formazione del sistema solare Il Sole esercita la propria attrazione gravitazionale su numerosi corpi celesti, che percorrono traiettorie curve intorno ad esso. L’insieme di tutti questi corpi costituisce il sistema solare comprendente il Sole (stella di medie dimensioni), 8 pianeti, 54 satelliti principali, alcuni pianeti nani, migliaia di asteroidi e una quantità imprecisata di meteoridi e di comete. 12 12

La formazione del sistema solare 13 13

La formazione del sistema solare I corpi appartenenti al sistema solare sono distinti in pianeti, pianeti nani, satelliti e corpi minori, che comprendono asteroidi, comete e meteoroidi. Tutti i corpi celesti del sistema solare si sono formati insieme al Sole: una nebulosa fredda, fatta di idrogeno, elio e polveri, circa 5 miliardi di anni fa ha cominciato a condensarsi e a ruotare su se stessa. La parte centrale della nebulosa divenne sempre più calda e al suo interno si innescarono le reazioni di fusione termonucleare, formando così la stella Sole, mentre la parte periferica diede origine agli altri corpi. Le reazioni di fusione termonucleare producono elio a partire da idrogeno e forniscono la energia necessaria alla vita sulla Terra. 14 14

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La parte periferica del sistema si organizzò intorno al Sole a formare un disco piatto (per questo i pianeti giacciono più o meno sullo stesso piano): nelle zone più vicine al Sole si condensarono le sostanze più dense (ferro e silicati, che formano le rocce) e formarono i pianeti terrestri, o rocciosi (Mercurio, Venere, Terra e Marte) in quelle più lontane dal Sole si condensarono i gas (idrogeno ed elio) e i ghiacci di acqua, ammoniaca, metano, formando i pianeti gassosi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno). 16

La formazione dei pianeti Il Protosole (sole primitivo) era caldo e denso, mentre la parte periferica era fredda e formata da gas (più abbondanti in periferia) e polveri (più abbondanti all’interno del sistema). Questi materiali subirono collisioni continue innescando un processo di accrezione che portò alla formazione di corpi di dimensioni via via maggiori. 17

La formazione dei pianeti Esistono più prove della comune origine dei pianeti: i piani su cui essi si muovono nel moto di rivoluzione sono quasi coincidenti, come se si fossero originati dai materiali di un unico disco rotante; essi hanno tutti lo stesso senso di rivoluzione, che corrisponde a quello di rotazione del Sole e, probabilmente, della nebulosa da cui tutto il sistema si è originato; essi hanno composizione diversa, dovuta alla differenziazione chimico-fisica della nebulosa solare (vuol dire che la nebulosa era composta da sostanze diverse che, in base alla densità, si situarono in zone diverse dello spazio). 18 18

I corpi del sistema solare Il Sole è una stella di massa e dimensioni medie, costituita da idrogeno H (94%) e elio He (5,9%). Inoltre contiene, in piccola quantità, gli altri elementi presenti nell’universo: poiché il Sole non è in grado di fabbricarli, ciò significa che nella nebulosa primitiva era già contenuti tutti gli elementi, probabilmente fabbricati da una stella precedente molto più antica: si ritiene fosse una stella molto massiccia, che esplose in modo violento formando una supernova, cioè una stella molto brillante e calda. Durante la fase esplosiva la stella fabbricò gli elementi più pesanti della tavola periodica (gli altri li aveva fabbricati in precedenza). 19 19

Spaccato della struttura del Sole: 1. Nucleo 2. Zona radiativa 3 Spaccato della struttura del Sole: 1. Nucleo 2. Zona radiativa 3. Zona convettiva 4. Fotosfera 5. Cromosfera 6. Corona 7. Macchia solare 8. Granulazione fotosferica 9. Protuberanza ad arco. Raggio solare = 700.000 Km 21

Nucleo = zona in cui la Temperatura misura 13 milioni di gradi e dove avvengono le reazioni di fusione nucleare. Zona radiativa: zona in cui l’energia viene trasmessa mediante la emissione di radiazioni elettromagnetiche. Essa scalda la zona sovrastante (convettiva). Zona convettiva: zona in cui la energia viene trasmessa sotto forma di correnti convettive, in cui i gas più caldi vengono trascinati in alto, mentre i più freddi e densi scendono, per poi essere ancora scaldati dalla zona sottostante, ecc Fotosfera: è la superficie del Sole. Appare granulare perché i gas caldi in risalita disegnano delle aree più chiare su di essa. Appare quindi come una superficie in continua ebollizione. T = 5.500 °C Macchie solari: sono aree della fotosfera più fredde e più scure, in cui la risalita dei gas più caldi è rallentata per complesse ragioni. 22

Fotosfera Macchie solari

Il Sole in eclissi totale: si vede bene la corona che lo circonda

I corpi del sistema solare I pianeti (8) sono i corpi principali del sistema solare. In ordine di distanza crescente dal Sole, sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno. 25 25

I corpi del sistema solare Per essere considerato pianeta un corpo celeste deve: ruotare intorno al Sole; avere una massa sufficiente a generare una forza di gravità che permetta di acquisire una forma quasi sferica; avere catturato o espulso tutti i piccoli corpi che si sono venuti a trovare vicino alla sua orbita; non essere satellite di altri pianeti. I pianeti nani, come Plutone, Cerere ed Eris, non rispettano tutti questi requisiti. Infatti dal 2006 Plutone è stato declassato dall’Unione Astronomica Internazionale a pianeta nano, perché non ha ripulito del tutto la propria orbita. 26 26

I corpi del sistema solare I satelliti sono corpi celesti che ruotano intorno a un pianeta, come il pianeta ruota intorno al Sole. Gli asteroidi, detti anche pianetini, sono corpi rocciosi irregolari e di piccole dimensioni che si trovano soprattutto concentrati tra l’orbita di Marte e quella di Giove (la zona è detta appunto fascia degli asteroidi). Gli asteroidi situati fra Marte e Giove sono formati, si crede, dello stesso materiale che ha originato il sistema solare, ma non hanno generato un pianeta perché sono stati disturbati dalla attrazione gravitazionale di Giove. 27 27

I corpi del sistema solare La Luna: il satellite naturale della Terra L’asteroide Ida con il suo satellite Dactyl 28 28

I corpi del sistema solare I meteoroidi sono corpi solidi di dimensioni varie presenti nello spazio extraterrestre. Quelli che entrano nel campo gravitazionale della Terra in genere lasciano una scia luminosa, per attrito con i gas atmosferici (il fenomeno è detto meteora o stella cadente). Alcuni di essi, invece, hanno dimensioni così cospicue che non si distruggono al contatto della atmosfera e cadono sulla Terra, provocando grandi crateri e gravi danni (meteoriti). 29 29

I corpi del sistema solare I meteoroidi più frequenti sono quelli più piccoli, che si consumano del tutto durante la caduta. Se non arrivano a colpire la superficie terrestre generano un fenomeno chiamato meteora, emettendo una scia luminosa (si dicono impropriamente stelle cadenti). 30 30

I corpi del sistema solare I meteoroidi di dimensioni maggiori, le meteoriti, non si consumano completamente durante il passaggio nell’atmosfera e finiscono per urtare contro la superficie terrestre a grande velocità. 31 31

I corpi del sistema solare Nell’impatto si libera molta energia, che provoca fusione e alterazione delle rocce circostanti. Si forma così un cratere da impatto. Si ritiene che 65 milioni di anni fa, nello Yucatan (Mexico) un grosso meteorite (10 km di diametro) abbia impattato fra terra e mare, provocando un cambiamento climatico di vasta scala che ha generato numerose estinzioni, fra le quali quelle dei dinosauri. 32 32

Le comete A sinistra Hale-Bopp; a destra Holmes, con la caratteristica coda azzurra Una cometa è un oggetto celeste relativamente piccolo, simile ad un asteroide ma composto prevalentemente di ghiaccio. Nel Sistema solare, le orbite delle comete si estendono oltre quella di Plutone e provengono dalla fascia di Kuiper (50-100 UA) o dalla nube di Oort (100.000 UA). Le comete che entrano nel sistema interno hanno spesso orbite ellittiche. Spesso descritte come "palle di neve sporche", le comete sono composte per la maggior parte di sostanze volatili come diossido di carbonio, metano e acqua ghiacciati, con mescolati aggregati di polvere e vari minerali. La sublimazione delle sostanze volatili quando la cometa è in prossimità del Sole causa la formazione della chioma e della coda, quest’ultima allungata in senso opposto alla posizione del Sole). Sono formate da polveri e da gas ricco di particelle cariche elettricamente. Sublimazione = passaggio di stato da solido ad aeriforme 33 33

I pianeti In base alle caratteristiche chimiche e fisiche, gli 8 pianeti del sistema solare sono suddivisi in: pianeti di tipo terrestre; pianeti di tipo gioviano. 34 34

I pianeti I pianeti di tipo terrestre sono Mercurio, Venere, Terra e Marte. Hanno densità media elevata, piccole dimensioni, temperatura più alta e una superficie solida rocciosa perché i materiali che li costituiscono hanno punto di fusione alto. L’atmosfera dei pianeti di tipo terrestre è sottile o assente (Mercurio), a causa della scarsità di massa e quindi della debole gravità. I pianeti di tipo gioviano sono Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Essi hanno massa più elevata e bassa densità, di grandi dimensioni e freddi. Sono costituiti da materiali a basso punto di fusione, quindi sono fluidi, e non solidi, in superficie, e la loro atmosfera è molto spessa, fatta di gas come idrogeno, diossido di carbonio e ammoniaca. 35 35

I pianeti nani e la fascia di Kuiper Nel sistema solare esistono numerosi frammenti di piccole e piccolissime dimensioni, che orbitano intorno al Sole senza essersi aggregati a formare pianeti. 36

I pianeti nani e la fascia di Kuiper Plutone è un pianeta nano con diametro di 2.300 km e densità 2 g/cm3, composto da ghiacci e rocce. La sua orbita, molto eccentrica, varia da 30 a 50 UA. Ha 5 satelliti naturali, dei quali il più grande è Caronte. Cerere invece è un pianeta nano più piccolo, in orbita nella fascia degli asteroidi, con un diametro di circa 950 km, composto forse da rocce, ghiacci e acqua. 37

I pianeti nani e la fascia di Kuiper La fascia di Kuiper è una regione estesa fra le 30 e le 50 UA dal Sole, dove sono stati scoperti più di 800 oggetti, comprendenti alcuni pianeti nani. Rappresentazione della sonda New Horizon partita nel gennaio 2006 per ottenere dati su Plutone e i corpi della fascia di Kuiper. 38

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