UNIVERSO, STELLE E SISTEMA SOLARE

UNIVERSO Con il termine Universo si intende tutto ciò che ci circonda: le stelle, i pianeti e tutti gli altri oggetti che vediamo nel cielo (insieme ad una enorme quantità di altre cose che non vediamo) fanno parte dell’Universo. Riducendo il discorso all’essenziale possiamo dire che l’Universo è composto da due “ingredienti”: MATERIA e ENERGIA.

NASCITA DELL’UNIVERSO La teoria più accreditata afferma che l’Universo si sia formato a partire da una grande esplosione: il Big Bang. Secondo questa teoria l’Universo si sarebbe formato circa 14 miliardi di anni fa. Tutta la massa e l’energia dell’universo si trovavano concentrate in un volume piccolissimo. A causa delle altissime temperature (1500 Ml °C) la materia ha cominciato ad espandersi (esplosione). Nel giro di pochi minuti la temperatura è scesa moltissimo (300 Ml °C) e si sono formati gli atomi degli elementi più leggeri: idrogeno ed elio.

NASCITA DELL’UNIVERSO Sono stati necessari ancora 300.000 anni affinché questi atomi diventassero stabili. Secondo questa teoria l’Universo è in continua espansione.

GALASSIE La forza dell’esplosione ha spinto la materia sempre più lontano. Ma ha questa forza ha cominciato a contrapporsi una seconda forza: la forza di gravità. Grazie alla sua azione la materia nell’Universo non è distribuita in modo uniforme, ma organizzata in ammassi giganteschi: le Galassie. Queste sono formate da miliardi di stelle e anche al loro interno la materia non è uniformemente distribuita.

LE STELLE Sono corpi celesti che brillano di luce propria costituite in gran parte da Idrogeno ed Elio. La luminosità di una stella è dovuta alle reazioni di fusione termonucleari che avvengono sulla sua superficie; Il colore di una stella dipende dalla sua temperatura superficie ( la temperatura superficiale di una stella è legata anche alla sua vita: più è calda meno vive). Sulla base della luminosità e della temperatura di una stella, è possibile costruire un diagramma che evidenzia la distribuzione delle stelle rispetto a queste due grandezze.

DIAGRAMMA H-R (Hertzsprung-Russel)

NASCITA E VITA DI UNA STELLA Le stelle nascono da enormi nubi di polveri e gas cosmico (soprattutto idrogeno e elio): le nebulose. Il materiale che costituisce le nebulose, sotto l’azione della forza di attrazione gravitazionale, tendono a raggrupparsi in blocchi via via sempre più grandi. Le conseguenze di questo fenomeno sono essenzialmente due: Aumento di massa (forza gravitazionale); Aumento di temperatura (particelle più interne sottoposte a pressioni crescenti).

NASCITA E VITA DI UNA STELLA La futura vita della stella dipende essenzialmente dalla sua massa iniziale, più è grande alla nascita e più breve sarà la sua esistenza: Le più grandi vivono un centinaio di milioni di anni; Le più piccoli vivono più di 100 miliardi di anni. Affinché questa massa di gas e polveri si trasformi in una stella è necessario che sia talmente grande da portare la temperatura del suo nucleo fino a qualche milione di gradi. Se è troppo piccola non riesce a raggiungere la temperatura sufficiente e sopravvive come qualcosa di non molto diverso dal pianeta Giove.

IL MOTORE DELLE STELLE Nel nucleo di una stella avvengono le reazioni di fusione termonucleare in cui quattro nuclei di idrogeno si fondono per formare un nucleo di elio ed energia che si libera.

IL MOTORE DELLE STELLE L’energia che si origina nel nucleo produce una pressione che spinge verso l’esterno. La forza di gravità spinge verso l’interno. La stella raggiunge l’equilibrio quando le due forze si equivalgono.

NASCITA E VITA DI UNA STELLA La stella in queste condizioni vive un tempo variabile (che dipende dalla sua massa iniziale), e comunque fin quando dura il suo combustibile (H). Quando tutto l’idrogeno si sarà trasformato in elio, verrà meno una delle due forze che garantiscono l’equilibrio della stella, la stella a questo punto collassa su se stessa e la sua “seconda vita” sarà determinata ancora una volta dalla sua massa iniziale.

NASCITA E VITA DI UNA STELLA Il nostro Sole ad esempio, una volta esaurito l’idrogeno collasserà su se stesso, determinando però un nuovo aumento di temperatura e l’innescarsi di nuove reazioni nucleari che porteranno alla formazione di elementi più pesanti. La sua forza di espansione, dovuta alla fusione nucleare, aumenterà di nuovo e ciò determinerà un aumento dell’involucro stellare: il Sole si sarà trasformato un una gigante rossa (le sue dimensioni saranno tali da lambire l’orbita terrestre). Esaurito anche questo carburante la stella torna a contrarsi trasformandosi un una nana bianca ormai fredda e non più brillante.

IL SISTEMA SOLARE Il sistema solare è composto dal Sole e da tutti gli altri corpi celesti (pianeti, comete, meteore e asteroidi) che gli girano intorno. Il Sole costituisce il 99% della massa dell’intero sistema solare; la sua attrazione gravitazionale è grandissima ed è per questo che tutti gli altri corpi celesti gli gravitano intorno.

IL SOLE Il Sole è una stella gialla di medie dimensioni. La sua distanza dalla Terra è di 150 Mil. di Km. Partendo dal suo interno possiamo distinguere vari strati: Nucleo: reazioni termonucleari (10 M. di gradi); Zona radiativa: il calore si propaga per irraggiamento; Zona convettiva: il calore si propaga per movimento di materia (moti convettivi); Fotosfera: superficie visibile del Sole (6000 °C; macchie solari); Cromosfera (atmosfera): visibile solo nelle eclissi solari (protuberanze); Corona (atmosfera): visibile solo nelle eclissi solari, costituita da particelle ionizzate che formano il vento solare.

IL SISTEMA SOLARE I pianeti del Sistema solare in base alla loro posizione rispetto alla fascia degli asteroidi che si trova tra Marte e Giove, possono essere distinti in: Pianeti interni o di tipo terrestre: Mercurio, Venere, Terra e Marte. Sono piccoli e solidi, possono avere o non avere una atmosfera che comunque è formata da elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Pianeti esterni o di tipo gioviano: Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone. La grande massa (forza di gravità) e la distanza dal Sole gli permettono di avere una atmosfera densa composta da elementi leggeri. Plutone dal 2006 è stato retrocesso al rango di pianeta nano. Alcuni pianeti del Sistema solare hanno 1 o molti satelliti che gli ruotano intorno.

IL SISTEMA SOLARE

IL MOVIMENTO DEI PIANETI INTORNO AL SOLE I pianeti si muovono intorno al Sole e le loro orbite sono descritte dalle tre leggi di Keplero e dalla legge di gravitazione universale di Newton.

PRIMA LEGGE DI KEPLERO I pianeti ruotano intorno al Sole seguendo orbite ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei fuochi. La conseguenza di questa legge è che i pianeti, nel loro moto di rivoluzione, si trovano talvolta più vicini al Sole (PERIELIO) talvolta più lontani (AFELIO).

SECONDA LEGGE DI KEPLERO Il raggio vettore che unisce il Sole ad un pianeta copre aree uguali in tempi uguali. Questo significa che la velocità di rivoluzione dei pianeti non è costante. Infatti affinchè il raggio vettore possa spazzare un’area uguale a parità di tempo, il pianeta deve muoversi più lentamente quando si trova in afelio e più velocemente quando si trova in perielio.

TERZA LEGGE DI KEPLERO I quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal Sole. Più semplicemente questa legge dice che quanto più un pianeta è lontano dal Sole tanto più la sua velocità di rivoluzione è minore.

NEWTON E LA LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE Le leggi di Keplero ci aiutano a capire, in termini matematici, come si muovono i pianeti intorno al Sole, ma nulla ci dicono sul perché si mantengono in questa orbita, rivoluzione dopo rivoluzione. Newton fu il primo ad intuire l’esistenza di una forza di attrazione (esercitata dal Sole, ma anche dai pianeti).

LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE Due corpi si attirano reciprocamente con una forza la cui intensità è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. F = forza di attrazione gravitazionale; G = costante di gravitazione; m e M = masse dei corpi; d = distanza dei corpi. E’ questa forza, dovuta alla gravità, che tiene legati i pianeti al Sole e i satelliti ai pianeti e fa descrivere a ciascuno la sua particolare orbita.