Tano Cavattoni L’Universo Età 13,7 miliardi di anni

Capitolo 8 La corte del Sole Quando contempliamo gli anelli si Saturno dal punto di vista puramente scientifico, essi diventano i più rimarchevoli fra i corpo celesti [...]. Quando abbiamo visto quel grande arco che si curva sopra l’equatore del pianeta senza alcuna connessione visibile, la nostra mente non può più trovare quiete. James Klerk Maxwell

Capitolo 8 La corte del Sole Lezione 19 Caratteri generali § 8.1 Un primo sguardo § 8.2 Nascita del sistema solare Lezione 20 I pianeti terrestri § 8.3 Mercurio § 8.4 Venere § 8.5 Marte

Capitolo 8 La corte del Sole Lezione 21 I pianeti gioviani § 8.6 Giove § 8.7 Saturno § 8.8 Urano § 8.9 Nettuno Lezione 22 I corpi minori del sistema solare § 8.10 Asteroidi e pianeti nani § 8.11 Comete e nube di Oort § 8.12 Meteore, meteoroidi, meteoriti 4 4

§ 8.1 Un primo sguardo Il sistema solare è l’insieme costituito dal Sole e da tutti i corpi che vi orbitano intorno. Fascia di Kuiper il confine del sistema solare. 100 UA* * La distanza Terra-Sole è pari a 1 UA.

Dimensioni in scala dei corpi del sistema solare. § 8.1 Un primo sguardo Dimensioni in scala dei corpi del sistema solare. Se il Sole avesse un diametro di 1 m, la Terra sarebbe una pallina da 1 cm a 110 m di distanza. Nettuno sarebbe a 3,3 km. I numeri indicano la distanza dal Sole in UA. 6 6

Masse relative dei principali corpi del sistema solare § 8.1 Un primo sguardo Masse relative dei principali corpi del sistema solare (Terra = 1) . 7 7

I pianeti visti dalla Terra. § 8.1 Un primo sguardo I pianeti visti dalla Terra. L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista Terra-Sole e Terra-pianeta. Posizioni dei pianeti interni A Congiunzione inferiore: pianeta fra Sole e Terra (α = 0°). 8 8

I pianeti visti dalla Terra. § 8.1 Un primo sguardo I pianeti visti dalla Terra. L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista Terra-Sole e Terra-pianeta. Posizioni dei pianeti interni A Congiunzione inferiore: pianeta fra Sole e Terra (α = 0°). B Congiunzione superiore: il pianeta è dalla parte opposta rispetto al Sole (α = 0°). 9 9

I pianeti visti dalla Terra. § 8.1 Un primo sguardo I pianeti visti dalla Terra. L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista Terra-Sole e Terra-pianeta. Posizioni dei pianeti interni A Congiunzione inferiore: pianeta fra Sole e Terra (α = 0°). B Congiunzione superiore: il pianeta è dalla parte opposta rispetto al Sole (α = 0°). C Massima elongazione est: il pianeta si vede alla sera. 10 10

I pianeti visti dalla Terra. § 8.1 Un primo sguardo I pianeti visti dalla Terra. L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista Terra-Sole e Terra-pianeta. Posizioni dei pianeti interni A Congiunzione inferiore: pianeta fra Sole e Terra (α = 0°). B Congiunzione superiore: il pianeta è dalla parte opposta rispetto al Sole (α = 0°). D Massima elongazione ovest: il pianeta si vede al mattino. C Massima elongazione est: il pianeta si vede alla sera. 11 11

I pianeti visti dalla Terra. § 8.1 Un primo sguardo I pianeti visti dalla Terra. L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista Terra-Sole e Terra-pianeta. Posizioni dei pianeti esterni E Opposizione: il pianeta è dalla parte opposta del Sole, rispetto alla Terra (α = 180°). 12 12

I pianeti visti dalla Terra. § 8.1 Un primo sguardo I pianeti visti dalla Terra. L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista Terra-Sole e Terra-pianeta. Posizioni dei pianeti esterni E Opposizione: il pianeta è dalla parte opposta del Sole, rispetto alla Terra (α = 180°). F Congiunzione: il pianeta si trova dall’altra parte del Sole (α = 0°). 13 13

I pianeti visti dalla Terra. § 8.1 Un primo sguardo I pianeti visti dalla Terra. L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista Terra-Sole e Terra-pianeta. Posizioni dei pianeti esterni E Opposizione: il pianeta è dalla parte opposta del Sole, rispetto alla Terra (α = 180°). G Quadratura: l’elongazione del pianeta è un angolo retto (α = 90°). F Congiunzione: il pianeta si trova dall’altra parte del Sole (α = 0°). 14 14

§ 8.2 Nascita del sistema solare 5 miliardi di anni fa Inizia il collasso di una nube fredda (qualche kelvin). Gas e polveri precipitano e si innalza la temperatura. Al centro nasce il protosole: il Sole nelle fasi iniziali, quando ancora non si è innescata la fusione nel nucleo. 15 15

§ 8.2 Nascita del sistema solare Il disco di accrescimento La materia che precipita verso il protosole genera il disco di accrescimento. Dopo 100 000 anni, la temperatura al centro è di migliaia di kelvin, ai bordi del disco è di qualche decina di kelvin. 16 16

§ 8.2 Nascita del sistema solare I planetesimi All’interno del disco, polveri e gas iniziano ad aggregarsi dando vita ai planetesimi: corpi di roccia e ghiaccio che concorrono alla formazione di un corpo maggiore. 17 17

§ 8.2 Nascita del sistema solare I protopianeti La continua aggregazione attorno ai corpi maggiori diminuisce il numero dei planetesimi e porta alla formazione dei protopianeti. 18 18

§ 8.3 Mercurio Distanza media dal Sole: 0,387 UA Raggio equatoriale: 2438 km Massa: 3,3·1023 kg Densità media: 5,43 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 88 giorni Periodo di rotazione: 58,6 giorni Accelerazione di gravità: 2,78 m/s2 Velocità di fuga: 4,44 km/s Temperatura media (sup.) 125 °C Albedo 0,06 Il pianeta più vicino al Sole è visibile, con una certa difficoltà, solo all’alba o al tramonto. L’eccentricità dell’orbita è la maggiore del sistema solare: 0,2. Il periodo di rotazione è 2/3 di quello di rivoluzione: il giorno dura 2 anni mercuriani. La temperatura varia fra i –180 e i 420 °C. 19 19

§ 8.4 Venere Distanza media dal Sole: 0,723 UA Raggio equatoriale: 6052 km Massa: 4,87·1024 kg Densità media: 5,25 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 225 giorni Periodo di rotazione: –243 giorni Accelerazione di gravità: 8,87 m/s2 Velocità di fuga: 10,4 km/s Temperatura media (sup.) 470 °C Albedo 0,65 L’albedo di Venere (ossia il rapporto fra l’intensità luminosa riflessa e quella incidente) è il maggiore del sistema solare: Venere è l’astro più luminoso dopo Sole e Luna. La rotazione è retrograda, probabilmente a causa di un violento impatto durante la sua formazione. 20 20

§ 8.4 Venere L’atmosfera di Venere è costituita per il 96% da diossido di carbonio ed è presente un denso strato di nubi (principalmente acido solforico), causa dell’albedo così alta. I venti raggiungono anche la velocità di 400 km/h e la temperatura superficiale, a causa dell’effetto serra, è di 470 °C. Distanza media dal Sole: 0,723 UA Raggio equatoriale: 6052 km Massa: 4,87·1024 kg Densità media: 5,25 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 225 giorni Periodo di rotazione: –243 giorni Accelerazione di gravità: 8,87 m/s2 Velocità di fuga: 10,4 km/s Temperatura media (sup.) 470 °C Albedo 0,65 21 21

§ 8.5 Marte Distanza media dal Sole: 1,52 UA Raggio equatoriale: 3397 km Massa: 6,42·1023 kg Densità media: 3,94 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 687 giorni Periodo di rotazione: 1,03 giorni Accelerazione di gravità: 3,72 m/s2 Velocità di fuga: 5,02 km/s Temperatura media (sup.) –50 °C Albedo 0,15 Il “pianeta rosso” ha delle vistose calotte di ghiaccio ai poli che risentono dell’alternarsi delle stagioni (asse inclinato di 25°19’). La sottile e rarefatta atmosfera è composta principalmente di diossido di carbonio e sono frequenti le nuvole d’acqua e diossido di carbonio, spinte da venti che arrivano a 200 km/h. 22 22

§ 8.5 Marte Il Monte Olimpo Acqua su marte È il monte più alto dell’intero sistema solare (26.000 m), supera di 8.000 m il mare di nubi che lo circonda. Acqua su marte L’unico agente che oggi modella la superficie è il vento. In un lontano passato era l’acqua che disegnava profondi canali. Adesso l’acqua superficiale è solo allo stato solido. 23 23

§ 8.6 Giove Distanza media dal Sole: 5,2 UA Raggio equatoriale: 71 492 km Massa: 1,9·1027 kg Densità media: 1,33 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 11,9 anni Periodo di rotazione: 0,41 giorni Accelerazione di gravità: 22,88 m/s2 Velocità di fuga: 59,6 km/s Temperatura media (sup.) –140 °C Albedo 0,52 Il più grande pianeta del sistema solare e il primo dei pianeti gioviani, i giganti gassosi. 24 24

§ 8.6 Giove Giove è circondato da una spessa e densa atmosfera, ricca di idrogeno (90%) ed elio (10%), con le caratteristiche bande parallele e la grande macchia rossa, un ciclone di dimensioni maggiori della Terra. L’interno del pianeta è composto prevalentemente da idrogeno liquido e idrogeno metallico. Al centro si ritiene vi sia un nucleo di roccia e metalli pesanti. 25 25

§ 8.6 Giove Il satellite Io sullo sfondo del pianeta. Di Giove sono noti attualmente oltre 60 satelliti. I quattro maggiori furono visti per la prima volta da Galilei il 7 gennaio del 1610. L’intensa attività vulcanica su Io, il più prossimo a Giove dei satelliti medìcei, è provocata dall’azione mareale del vicino pianeta gigante. 26 26

§ 8.7 Saturno È il secondo pianeta per massa e dimensioni e possiede il più spettacolare sistema di anelli. Distanza media dal Sole: 9,54 UA Raggio equatoriale: 60 268 km Massa: 5,7·1026 kg Densità media: 0,69 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 29,5 anni Periodo di rotazione: 0,426 giorni Accelerazione di gravità: 9,05 m/s2 Velocità di fuga: 35,5 km/s Temperatura media (sup.) –190 °C Albedo 0,47 27 27

§ 8.7 Saturno Gli anelli sono formati principalmente da ghiaccio d’acqua e hanno un’albedo molto alta: 0,6. Le separazioni sono state causate dall’azione di pulizia di satelliti. Di Saturno si contano più di 30 satelliti. Titano è il maggiore del sistema solare dopo Callisto. Mimas, a lato, è interamente composto di ghiaccio e ha la superficie traforata da crateri. 28 28

§ 8.8 Urano Il primo pianeta a essere scoperto grazie all’osservazione strumentale (Herschel, 1781). È caratterizzato da una rotazione intorno ad un asse che giace quasi sul piano orbitale. Distanza media dal Sole: 19,2 UA Raggio equatoriale: 25 559 km Massa: 8.7·1025 kg Densità media: 1,29 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 84 anni Periodo di rotazione: –0,746 giorni Accelerazione di gravità: 7,77 m/s2 Velocità di fuga: 21,3 km/s Temperatura media (sup.) –220 °C Albedo 0,51 29 29

§ 8.9 Nettuno L’ultimo pianeta del sistema solare è caratterizzato da un’atmosfera molto attiva, ricca di idrogeno ed elio, in continua evoluzione. I venti che vi soffiano sono i più intensi dell’intero sistema solare: oltre i 2000 km/h. Distanza media dal Sole: 30,1 UA Raggio equatoriale: 24 746 km Massa: 1,02·1024 kg Densità media: 1,64 g/cm3 Periodo di rivoluzione: 165 anni Periodo di rotazione: 0,671 giorni Accelerazione di gravità: 11 m/s2 Velocità di fuga: 23,5 km/s Temperatura media (sup.) –220 °C Albedo 0,41 30 30

§ 8.10 Asteroidi e pianeti nani Asteroidi o pianetini: sono piccoli corpi rocciosi o metallici, solitamente non sferici, in orbita intorno al Sole. Hanno dimensioni comprese fra i pochi metri e i 1000 km. L’asteroide Ida (56 km) e la sua luna Dactyl (1,5 km). Il primo asteroide scoperto fu Cerere, nel 1801. Oggi se ne conoscono oltre 100 000. Nonostante le ridotte dimensioni, alcuni hanno un satellite, come il caso di Ida. 31 31

§ 8.10 Asteroidi e pianeti nani La maggior parte degli asteroidi si trovano nella fascia degli asteroidi, compresa fra le orbite di Marte e Giove. 32 32

§ 8.10 Asteroidi e pianeti nani La maggior parte degli asteroidi si trovano nella fascia degli asteroidi, compresa fra le orbite di Marte e Giove. Una peculiarità degli asteroidi è quella di raggrupparsi in famiglie, come quelle che si trovano lungo l’orbita di Giove in corrispondenza dei punti lagrangiani L4 e L5. 33 33

§ 8.10 Asteroidi e pianeti nani Un pianeta nano: è un corpo di forma sferica, orbitante intorno a una stella, non emettente luce propria e che non domina dal punto di vista gravitazionale la propria zona orbitale. I pianeti nani provengono dalla fascia di Kuiper, una regione estesa fra le 30 e le 100 UA dal Sole. Plutone, fino al 2006 classificato come pianeta, è un pianeta nano. 34 34

§ 8.11 Comete e nube di Oort Una cometa è composta da un nucleo di ghiaccio e polveri in orbita intorno al Sole. Le comete provengono dalla nube di Oort una regione che si estende dalle 20.000 e le 100.000 UA dal Sole. Quando la cometa si avvicina al Sole (< 3 UA), il materiale di cui è composta inizia a sublimare. 35 35

Sotto alle 2 UA dal Sole si possono formare due code: § 8.11 Comete e nube di Oort ... e si forma una chioma di polveri e gas che, ionizzato dalla luce ultravioletta del Sole, emette luce propria. Il nucleo di questa cometa misura un paio di km, la chioma è grande quanto Giove. Sotto alle 2 UA dal Sole si possono formare due code: • una di gas ionizzato (monossido di carbonio), di colore azzurro; • una di polveri, che riflette la luce gialla del Sole. Le code si trovano dalla parte opposta al Sole. 36 36

§ 8.12 Meteore, meteoroidi, meteoriti A ogni passaggio in prossimità del Sole le comete perdono materiale che si accumula lungo la loro traiettoria. Se la Terra attraversa la scia di detriti, nel cielo appaiono le meteore. La Terra attraversa la scia di detriti lasciati dalla cometa Swift-Tuttle intorno al 10 agosto: le perseidi. Il nome deriva dalla costellazione dalla quale sembrano provenire: Perseo. 37 37

§ 8.12 Meteore, meteoroidi, meteoriti La meteora è la scia luminosa che un meteoroide provoca entrando nell’atmosfera. La luce è emessa dai gas che vengono ionizzati dal meteoroide. 38 38

§ 8.12 Meteore, meteoroidi, meteoriti Se il meteoroide ha massa superiore al kg, non viene completamente consumato dall’atmosfera e arriva al suolo: si ha un meteorite. Meteora nel cielo olandese, ottobre 2009. 39 39

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